ДонНТУ   Портал магистров

Кондратенко Татьяна Александровна

Институт горного дела и геологии

Кафедра геоинформатики и геодезии

Специальность «Землеустройство и кадастр»

Анализ методов цифровой наземной стереофотосъемки для оценки технического состояния здания

Научный руководитель: к. т. н., доц. Лунёв Андрей Александрович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Виды стереофотосъемки
• 2. Нормативно‑правовая база при оценке физического состояния зданий и сооружений
• 3. Оценка точности результатов моделирования макетных снимков
• 4. Экспериментальная часть
• Выводы
• Список источников

Введение

Современное развитие компьютерных технологий, а также теоретические исследования в области обработки изображений сделали возможным применение цифровых методов. Сформировалась цифровая фотограмметрия, где фотограмметрические процессы полностью автоматизированы за счет использования цифровых изображений, получаемых путем сканирования фотоснимков или полученных непосредственно с помощью цифровых метрических камер [1].

Одной из центральных задач перспективного направления в фотограмметрии являются исследования измерительных и изобразительных свойств цифровой стереомодели [2]. Возможность съемки цифровыми камерами влияют на технологию съемочных работ, изменяя критерии выбора ее параметров, при этом основывается на аналитических алгоритмах построения и обработки снимков.

Все здания (сооружения) подлежат периодическим обследованиям и использование фотограмметрических методов для этих целей обеспечит уменьшение сроков на выполнение работ, необходимую точность, а так же возможность выполнять необходимые измерения по паре снимков в камеральных условиях без дополнительного выезда на местность, что значительно сократит затраты на выполнение данного вида работ. Применение этих методов особенно важно при реконструкции зданий, и так же при отслеживании деформаций зданий для определения их пригодности к эксплуатации.

Цель и задачи исследования: сравнить точность, которую можно получить цифровой неспециализированной камерой, при использовании нормального и конвергентного методов стереофотосъемки для определения физического состояния здания.

Для выявления наиболее эффективного вида съемки необходимо выполнить следующие практические задачи:

1. Анализ нормативно‑правовой базы используемой при обследовании технических зданий и сооружений;
2. Сравнение результатов моделирования макетных снимков для конвергентного и нормального случаев съемки;
3. Сравнение результатов полученных на основании реального эксперимента.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является точность цифровой наземной стереофотограмметрической съемки. Предметом исследования является цифровая стереофотограмметрическая съемка.

1. Виды стереофотосъемки

В зависимости от принятых угловых элементов внешнего ориентирования различают пять основных случаев съемок: нормальный, равноотклоненный, конвергентный, равнонаклоненный и общий (рис. 1).

При нормальном случае съемки оптические оси левой и правой фотокамер устанавливаются горизонтально и перпендикулярно базису B, плоскость снимка занимает отвесное положение. Нормальный случай съемки применяется чаще, так как он обеспечивает наиболее точные результаты и упрощает математическую обработку.

При равномерно отклоненном случае съемки оптические оси левой и правой фотокамер отклоняются вправо или влево на один и тот же угол для расширения горизонтального угла охвата снимаемого объекта. В результате этого с одного базиса можно получить три стереоскопические пары снимков: стереопару для нормального случая съемки, стереопары со скосом влево и вправо.

При конвергентном случае съемки оптические оси левого и правого снимков пересекаются под углом.

При равномерно наклоненном случае съемки оптические оси левой и правой фотокамер наклонены на один и тот же угол; этот случай применяется при съемке высоких сооружений. При общем случае съемки положение оптических осей фотокамеры может быть произвольным [3].

При выполнении архитектурной стереофотосъемки предпочтительнее использовать конвергентный способ, т. к. он обеспечивает большую площадь перекрытия (рис. 1.2)

2. Нормативно‑правовая база при оценке физического состояния зданий и сооружений

Обследование зданий и сооружений проводят на основании следующих нормативно‑правовых документов: Правила обследований, оценки технического состояния и паспортизации производственных зданий и сооружений [5], Защита от опасных геологических процессов. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов [6], Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно‑сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений [7] и др. в зависимости от особенностей обследуемого объекта, а так же с учетом ЗУ Об архитектурной деятельности [8], ЗУ О регулировании градостроительной деятельности [9] и др.

Применение фотограмметрических методов целесообразно в случаях, когда необходимо сократить время проведения полевых работ, получения полной информации об объекте, и дальнейшей обработки результатов в камеральных условиях, достижение требуемой точности.

При анализе нормативно‑правовой базы по данному направлению, были выделены случаи, в которых допустимо и целесообразно применение альтернативных методов съемки: проведение специальных обследований, наблюдение за объектами в оползневых и обвальных районах, выполнении оценки промышленных помещений, изыскательные работы при реконструкции зданий (сооружений).

В соответствии с п. 3.7 Правил обследований, оценки технического состояния и паспортизации производственных зданий и сооружений [5] указано, что при проведении специальных обследований, которые требуют более длительных и точных наблюдений, проведения изысканий, исследований, испытаний конструкций и сооружений в натурных условиях целесообразно привлекать головные по соответствующим проблемам научно‑исследовательские институты и специализированные организации.

В соответствии с ДБН В.1.1–3–97 Защита от опасных геологических процессов Инженерной защиты территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов [6] изыскательные мероприятия по инженерной защите объектов от оползневых и обвальных процессов включают:

1. Наблюдение за зонами с особым режимом строительства, состоянию зданий, сооружений, инженерных сетей, инженерных коммуникаций и склонов;
2. Инструментальные наблюдения за вертикальными и горизонтальном смещениями поверхности склонов, а также регулярные осмотры и периодические обследования зданий, сооружений, инженерных и транспортных коммуникаций, размещенных на склонах, и на расстоянии до 200 м от кромок склонов;
3. Наблюдения за напряженно‑деформированным состоянием конструкции зданий и сооружений, которые следует осуществлять, как правило, с помощью компараторов, датчиков перемещения и напряжений, микроскопоотсчетного типа и геодезических приборов.

Проектирование инженерной защиты объектов должно выполняться на основе: оценки современных и прогноза изменений условий и состояния защищаемых объектов по данным результатов комплексных изысканий и, при необходимости, научно‑исследовательских работ и моделирования.

Следует отметить, использование фотограмметрических методов позволит построить наиболее точную модель, т. к. для получения данных об объекте не нужны будут дополнительные измерения, как при использовании геодезических приборов.

При оценке физического состояния производственных зданий преимущественно пользуются Правилами обследований, оценки технического состояния и паспортизации производственных зданий и сооружений [5], в соответствии с которыми при разработке программы визуальных и инструментальных обследований устанавливается такой объем и порядок процедур, при котором при минимальном объеме обследовательские работы (особенно инструментальных обследований и лабораторных определений) можно получить максимально полную информацию о неисправности, дефекты и повреждения конструкции.

Одним из документов регламентирующим деятельность при реконструкции является ДБН В.3.2–2–2009 Реконструкция, ремонт, реставрация объектов строительства. Жилые дома. Реконструкция и капитальный ремонт [10] в соответствии с которым обследование конструкций фундаментов, подземных и наземных частей жилых домов является обязательным при разработке проектов реконструкции и капитального ремонта и должно включать:
• геодезические измерения величин осадок (просадок) фундаментов, а также отклонений несущих и ограждающих конструкций зданий и их частей от вертикали и горизонтали;
• оценку технического состояния конструкций по результатам обследования (техническое заключение).

Благодаря фотограмметрическим методам возможно построение модели здания, на основании которой будет проводиться реконструкция.

Таким образом, сфера применения фотограмметрических методов при оценке физического состояния зданий достаточно широка, и в рассмотренных нормативно-правовых актах допускается применение альтернативных методов получения точной и наиболее полной информации об объекте.

3. Оценка точности результатов моделирования макетных снимков

Для построения макетных снимков использовалась программа построения макетных снимков (рис. 3.1)

Результатом построения макетных снимков при помощи программы будет файл *.del. Который используется в дальнейшей обработки результатов в Block MSG.

На основании источника [3] учитывалось, что точность фотограмметрических работ зависит от применяемых параметров съемки (отстояние Y, базис съемки В, вид съемки, фокусное расстояние фотокамеры f, формат кадра), точности измерения снимков, введения поправок за нарушение элементов внешнего и внутреннего ориентирования и т. п.

Оценка точности полученных моделей выполнялась в програмне Block MSG, на основании полученных данных была посторена гистограмма (рис. 3.2)

На основании полученных данных можем сделать вывод, что при данных параметрах преимущество имеет использование конвергентного случая съемки. При полном перекрытии снимков фокусное расстояние не значительно влияет на повышение точности использования того или иного метода съемки архитектурных сооружений.

4. Экспериментальная часть

Целью данной работы является сравнение видов стереофотосъемки на основании полученных данных.

Объектом является фасад церкви Зугресская, на котором было закреплено 5 опорных точек (рис. 4.1)

Для получения снимков использовалась Цифровая фотокамера Olympus E20P с фокусным расстоянием 10424 пкс.

Координаты опорных точек были определены при помощи тахеометра (таблица 4.1).

Таблица 4.1 – Каталог опорных точек

№	Имя точки	Х,м	У,м	Z,м	Mx	My	Mz
1	ОЛ	-1,4218	76,4686	2,2187	0,002	0,0014	0,0003
2	Ц1	-0,5156	77,2908	1,2494	0,002	0,0014	0,0003
2	Ц2	1,4146	77,7293	1,2614	0,002	0,0014	0,0003
4	Ц3	2,7845	77,3826	1,2596	0,002	0,0014	0,0003
5	ОП	3,8527	76,4688	2,2437	0,002	0,0014	0,0003

Была выполнена съемка фасада двумя способами конвергентным и нормальным.

Далее при помощи модуля Триада Delta были выполнены измерения пар снимков. Уравнивание и оценка точности осуществлялась при помощи модуля Block MSG. Сравнение по данным из протокола представлено в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Сравнение по данным из протокола

	Средние квадратические величины поправок в фотокоординаты, м		Ошибка единицы веса в м	После уравнивания средние отклонения на опорных точках		Средние отклонения в метрах при соединении моделей
	X	Y		в плане	по высоте	на связующих	на опорных
Нормальный случай	0,054	0,013	0,079	0,031	0,032	0	0,05
Конвергентный случай	0,056	0,024	0,087	0,03	0,021	0	0,05

На основании полученных данным можно сделать вывод, что при выполнении съемки здания конвергентным способом точность определения координат больше чем при выполнении съемки нормальным способом.

Вывод

При выполнении анализа видов съемки была проанализирована нормативная литература и различные интернет источники описывающие наиболее рациональное применение того или иного вида съемки.

Выполнялось построение макетных снимков, для оценки точности нормального и конвергентного случаев съемки с заданными параметрами. Проводилась оценка точности данных, полученных в результате проведения реального эксперимента при осуществлении стереофотосъемки фасада церкви Зугресская.

На основании полученных данных можем сделать вывод, что использование конвергентного случая является предпочтительнее для выполнения физической оценки здания, т. к. обеспечивает большую площадь перекрытия, большую точность.

Планируется проведения дополнительных исследований с построением макетных снимков.

На момент написания реферата, Магистерская работа еще не завершена. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после декабря 2014.

Список источников

1. И. С. Кацарский О цифровой фотограмметрии и перспективах ее применения / ГИС София, Болгария. – [Электронный ресурс] – http://www.geoprofi.ru
2. Ю. Ф. Книжников, Р. Н. Гельман Компьютерная система для измерения цифровых стереопар при решении нетопографических задач и научных исследованиях / Геодезия и картография. – 1999 – № 2. – С. 136–149. – [Электронный ресурс] – http://www.stereo-pixel.ru
3. Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве Руководство по применению фотограмметрических методов для составления обмерных чертежей инженерных сооружений / Москва 1984.
4. Инструкция по производству маркшейдерских работ / М. Минский. – М.: Мир, 1971. – 364 с.
5. Правила обстежень, оцінки технічного стану та паспортизації виробничих будівель і споруд / Зареєстровано в Міністерстві юстиції України 6 липня 1998 р. за N 23/2863.
6. ДБН В.1.1–3–97 Защита от опасных геологических процессов. Инженерной защиты территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов.
7. Строительные нормы и правила Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений СНИП 1.02.01–85 / Госстрой СССР Москва 1988.
8. ЗУ Про архітектурну діяльність / ВідомостіВерховної Ради України (ВВР), 1999, N 31, ст. 246.
9. ЗУ Про регулювання містобудівної діяльності / Відомості Верховної Ради України (ВВР), 2011, N 34, ст. 343.
10. ДБН В.3.2–2–2009 Реконструкция, ремонт, реставрация объектов строительства. Жилые дома. Реконструкция и капитальный ремонт.