ДонНТУ   Портал магістрів

Кондратенко Тетяна Олександрівна

Іститут гірництва та геології

Кафедра геоінформатики і геодезії

Спеціальність Землеустрій та кадастр

Аналіз методів цифрового наземного стереознімання для оцінки технічного стану будівель

Науковий керівник: к. т. н., доц. Луньов Андрій Олександрович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Види стереофотознімання
• 2. Нормативно-правова база при оцінці фізичного стану будинків і споруд
• 3. Оцінювання точності результатів моделювання макетних знімків
• 4. Експеріментальная частина
• Висновки
• Перелік посилань

ВСТУП

Сучасний розвиток комп’ютерних технологій, а також теоретичні дослідження в області обробки зображень зробили можливим застосування цифрових методів. Сформувалася цифрова фотограмметрія, де фотограмметричні процеси повністю автоматизовані за рахунок використання цифрових зображень, одержуваних шляхом сканування фотознімків або отриманих безпосередньо за допомогою цифрових метричних камер [1].

Одним з центральних завдань перспективного напряму в фотограмметрії є дослідження вимірювальних і образотворчих властивостей цифрових стереомоделей [2]. Можливість знімання цифровими камерами впливають на технологію знімальних робіт, змінюючи критерії вибору її параметрів, при цьому грунтується на аналітичних алгоритмах побудови і обробки знімків.

Всі будівлі (споруди) підлягають періодичним обстеженням і використання фотограмметричних методів для цих цілей забезпечить зменшення строків на виконання робіт, необхідну точність, а так само можливість виконувати необхідні вимірювання по парі знімків в камеральних умовах без додаткового виїзду на місцевість, що значно скоротить витрати на виконання даного виду робіт. Застосування цих методів особливо важливо при реконструкції будівель, і так само при відстеження деформацій будівель для визначення їх придатності до експлуатації.

Мета і завдання дослідження: порівняти точність, яку можна отримати цифровий неспеціалізованій камерою, при використанні нормального і конвергентного методів стереофотознімання для визначення фізичного стану будівлі.

Для виявлення найбільш ефективного виду знімання необхідно виконати наступні практичні завдання:

1. Аналіз нормативно‑правової бази, що використовується при обсиеженні технічного станц будівель та споруд;
2. Порівняння результатів моделювання макетних знімків для конвергентного і нормального випадків знімання;
3. Порівняння результатів отриманих на підставі реального експерименту.

Об’єкт і предмет дослідження. Об’єктом дослідження є точність цифрової наземної стереофотограмметрической знімання. Предметом дослідження є цифрове стереофотограмметрічеськие знімання.

1. Види стереофотознімання

Залежно від прийнятих кутових елементів зовнішнього орієнтування розрізняють п'ять основних випадків знімання: нормальний, рівновідхилених, конвергентний, рівнонахилений і загальний (рис. 1).

При нормальному випадку знімання оптичні осі лівої і правої фотокамер встановлюються горизонтально і перпендикулярно базису B, площину знімка займає прямовисне положення. Нормальний випадок знімання застосовується частіше, тому що він забезпечує найбільш точні результати і спрощує математичну обробку.

При рівномірно відхиленому випадку знімання оптичні осі лівої і правої фотокамер відхиляються вправо або вліво на один і той же кут для розширення горизонтального кута охоплення, що знімається. В результаті цього з одного базису можна отримати три стереоскопічні пари знімків: стереопару для нормального випадку знімання, стереопари зі скосом вліво і вправо.

При застосуванні конвергентного випадку знімання оптичні осі лівого і правого знімків перетинаються під кутом.

При рівномірно нахиленому випадку знімання оптичні осі лівої і правої фотокамер нахилені на один і той же кут; цей випадок застосовується при зніманні високих споруд. При загальному випадку знімання положення оптичних осей фотокамери може бути довільним [3].

При виконанні архітектурної зйомки переважніше використання конвергентного випадку зйомки, тому що він забезпечує велику площу перекриття (рис. 1.2).

2. Нормативно‑правова база при оцінці фізичного стану будинків і споруд

ООбстеження будівель та споруд проводять на підставі наступних нормативно‑правових документів: Правила обстежень, оцінки технічного стану та паспортизації виробничих будівель і споруд [5], Захист від небезпечних геологічних процесів. Інженерний захист територій, будівель і споруд від зсувів і обвалів [6], Інструкція про склад, порядок розробки, погодження та затвердження проектно‑кошторисної документації на будівництво підприємств, будівель і споруд [7] та ін. залежно від особливостей обстежуваного об’єкта, а так само з урахуванням ЗУ Про архітектурну діяльність [8], ЗУ Про регулювання містобудівної діяльності [9] та ін.

Застосування фотограмметричних методів доцільно у випадках, коли необхідно скоротити час проведення польових робіт, отримання повної інформації про об’єкт, і подальшої обробки результатів у камеральних умовах, досягнення необхідної точності.

При виконанні аналізу нормативно‑правової бази по даному напрямку, були відокремлені випадки, у яких допустимо і доцільно застосування альтернативних методів знімання: проведення спеціальних обстежень, спостереження за об’єктами в зсувних та обвальних районах, виконанні оцінки промислових приміщень, вишукувальні роботи при реконструкції будівель (споруд).

Відповідно до п. 3.7 Правил обстежень, оцінки технічного стану та паспортизації виробничих будівель і споруд [5] зазначено, що при проведенні спеціальних обстежень, які вимагають більш тривалих і точних спостережень, проведення вишукувань, досліджень, випробувань конструкцій і споруд в натурних умовах доцільно залучати головні з відповідних проблем науково‑ослідні інститути та спеціалізовані організації.

Згідно з ДБН В.1.1–3–97 Захист від небезпечних геологічних процесів. Інженерної захисту територій, будівель і споруд від зсувів і обвалів [6] вишукувальні заходи щодо інженерного захисту об’єктів від зсувних та обвальних процесів включають:

1. Спостереження за зонами з особливим режимом будівництва, станом будівель, споруд, інженерних мереж, інженерних комунікацій і схилів;
2. Інструментальні спостереження за вертикальними і горизонтальними зсувами поверхні схилів, а також регулярні огляди та періодичні обстеження будівель, споруд, інженерних і транспортних комунікацій, розміщених на схилах, і на відстані до 200 м від крайок схилів;
3. Спостереження за напружено‑деформованим станом конструкції будівель і споруд, які слід здійснювати, як правило, за допомогою компараторів, датчиків переміщення і напружень, мікроскоповідлікового типу та геодезичних приладів.

Проектування інженерного захисту об’єктів повинно виконуватися на основі: оцінки сучасних і прогнозу змін умов і стану об'єктів, що захищаються за даними результатів комплексних вишукувань і, при необхідності, науково‑дослідних робіт та моделювання.

Слід зазначити, використання фотограмметричних методів дозволить побудувати найбільш точну модель, тому що для отримання даних про об'єкт не потрібні будуть додаткові виміри, як при використанні геодезичних приладів.

При оцінці фізичного стану виробничих будівель переважно користуються Правилами обстежень, оцінки технічного стану та паспортизації виробничих будівель і споруд [5], відповідно до яких при розробці програми візуальних та інструментальних обстежень встановлюється такий обсяг і порядок процедур, при якому при мінімальному обсязі обслідницькі роботи (особливо інструментальних обстежень та лабораторних визначень) можна отримати максимально повну інформацію про несправності, дефекти та пошкодження конструкції.

Одним з документів регламентує діяльність при реконструкції є ДБН В.3.2–2009 Реконструкція, ремонт, реставрація об'єктів будівництва. Житлові будинки. Реконструкція та капітальний ремонт [10] відповідно до якого обстеження конструкцій фундаментів, підземних і наземних частин житлових будинків є обов’язковим при розробці проектів реконструкції та капітального ремонту і повинно включати:

1. Геодезичні вимірювання величин осад (просадок) фундаментів, а також відхилень несучих і огороджувальних конструкцій будівель і їх частин від вертикалі і горизонталі;
2. Оцінку технічного стану конструкцій за результатами обстеження (технічний висновок).

Завдяки фотограмметричним методам можлива побудова моделі будівлі, на підставі якої буде проводитися реконструкція.

Таким чином, сфера застосування фотограмметричних методів при оцінці фізичного стану будівель досить широка, і в розглянутих нормативно‑правових актах допускається застосування альтернативних методів отримання точної та найбільш повної інформації про об’єкт.

3. Оцінювання точності результатів моделювання макетних знімків

Для побудови макетних знімків використовувалася програма побудови макетних знімків (рис. 3.1)

Результатом побудови макетних знімків за допомогою програми буде файл *. del. Який використовується в подальшої обробки результатів у Block MSG.

На підставі джерела [3] враховувалося, що точність фотограмметричних робіт залежить від застосовуваних параметрів зйомки (відстань Y, базис знімання В, вид знімання, фокусна відстань фотокамери f, формат кадру), точності вимірювання знімків, введення поправок за порушення елементів зовнішнього і внутрішнього орієнтування і т. п.

Оцінка точності отриманих моделей виконувалася в програмне BlockMSG, на підставі отриманих даних була побудована гістограма (рис. 3.1.)

На підставі отриманих даних можемо зробити висновок, що при даних параметрах перевагу має використання конвергентного випадку зйомки. При повному перекритті знімків фокусна відстань не суттєво впливає на підвищення точності використання того чи іншого методу зйомки архітектурних споруд.

4. Експериментальна частина

Метою даної роботи є порівняння видів стереофотос’емкі на підставі отриманих даних.

Об’єктом є фасад церкви Зугресського, на якому було закріплено 5 опорних точок (рис. 4.1 )

Для отримання знімків використовувалася Цифрова фотокамера Olympus E20P з фокусною відстанню 10 424 пкс.

Координати опорних точок були визначені за допомогою тахеометра (таблиця 4.1).

Таблиця 4.1 – Каталог опорних точок

№	Им’я 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

Була виконана зйомка фасаду двома способами конвергентним і нормальним.

Далі за допомогою модуля Тріада Delta були виконані вимірювання пар знімків. Зрівнювання і оцінка точності здійснювалася за допомогою модуля Block MSG. Порівняння за даними з протоколу представлено в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 – Порівняння за даними з протоколу

	Середні квадратичні величини поправок в фотокоординати,м		Похибка одиниці ваги, м	Після зрівнювання середні відхилення на опорних точках		Середні відхилення в метрах при з єднанні моделей:
	X	Y		в плані	по висоті	на зв'язуючих	на опорних
Нормальний випадок	0,054	0,013	0,079	0,031	0,032	0	0,05
Конвергентний випадок	0,056	0,024	0,087	0,03	0,021	0	0,05

На підставі отриманих даних можна зробити висновок, що при виконанні зйомки будівлі конвергентним способом точність визначення координат більше ніж при виконанні зйомки нормальним способом.

Висновок

При виконанні аналізу видів зйомки була проаналізована нормативна література і різні інтернет джерела описують найбільш раціональне застосування того чи іншого виду зйомки.

Виконувалося побудова макетних знімків, для оцінки точності нормального і конвергентного випадків зйомки із заданими параметрами. Проводилась оцінка точності даних, отриманих в результаті проведення реального експерименту при здійсненні стереофознімання фасаду церкви Зугресської.

На підставі отриманих даних можемо зробити висновок, що використання конвергентного випадку є переважніше для виконання фізичної оцінки будівлі, тому що забезпечує більшу площу перекриття та більшу точноть.

Планується проведення додаткових досліджень з побудовою макетних знімків.

На момент написання реферату, Магістерська робота ще не завершена. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після грудня 2014.

Перелік посилань

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.