Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і завдання дослідження
- 3. Аналіз літературних джерел
- 4. Порядок виконання дослідження
- 4.1 Виконання польових робіт і камеральної обробки вимірювань
- 4.2 Побудова тривимірної моделі об'єкта в Agisoft PhotoScan
- Висновки
- Список літератури
Вступ
Виконання великомасштабних топографічних зйомок один з найбільш важливих видів робот в геодезії. З появою нового способу запису інформації - фотографії, свій розвиток починає нова наука - фотограмметрія, яка міцно зайняла своє місце в області інженерно-геодезичних вишукувань. Фотограмметричні методи вимірювання об'єктів зі знімків відразу ж привернули увагу топографів. Це дало поштовх до розвитку аерофотозйомки земної поверхні, методикиобробки і побудови ортофотопланів.
Фотограмметрія пройшла довгий шлях свого розвитку від аналогової до аналітичної, а в наслідку, і до цифрової. Постійне вдосконалення камер призвело до розробки нових методик обробки знімків. Сьогодні стандартними фотограмметричними продуктами є: цифровий ортофотоплан, цифрова топографічна карта, цифрова модель рельєфу, 3D-моделі місцевості.
1. Актуальність теми
Тривалий час основним засобом отримання фотоматеріалу була аерофотозйомка, яку виконували з літаків. Сьогодні, завдяки технічному прогресу, розвивається більш дешевий і мобільний спосіб повітряного фотосканування земної поверхні за допомогою безпілотних літальних апаратів з встановленою на борту цифровою камерою, які знаходять своє застосування для вирішення завдань геодезії, геології, кадастру, моніторингу земель, архітектури і т.д. А також, для вирішення локальних завдань застосовується й наземне фотосканування.
За минулі кілька років аерофотозйомка з БПЛА стає все більш популярною. Цьому сприяє поява на ринку в широкому доступі надлегких БПЛА літакового і гелікоптерного типів (особливо квадро- і гексокоптерів) які не потребують для запуску спеціально обладнаних аеродромів. У спеціалізованій геодезичної літературі все частіше публікують статті присвячені досвіду застосування БПЛА, оцінки точності ортофотопланів та цифрових моделей місцевості, нових технологій обробки знімків, а також визначення позицій зйомки під час польотів. Все це вказує на те, що дана методика фотосканування міцно закріпила за собою місце в галузі дистанційного зондування.
Вже давно пройшла епоха громіздких фотограмметричних станцій, їх замінив персональний комп'ютер зі спеціальним програмним обладнанням. Існує цілий ряд програмних продуктів, які дозволяють виконувати обробку знімків практично в автоматичному режимі. До найпопулярніших на сьогоднішній день відносяться Pix4Dmapper, DroneDeploy, Autodesk ReCap 360, Photomod і Agisoft Photoscan.
Надалі саме Agisoft Photoscan буде розглядатися, як програма для фотограмметричної обробки цифрових фотознімків. Опираючись на результати отримані після обробки фотографій об'єкта, необхідно оцінити, на скільки точна геометрія кінцевої тривимірної моделі об'єкта, і порівняти її з контрольними вимірами, отриманими за допомогою традиційних геодезичних методів.
2. Мета і завдання дослідження
Мета дослідження - оцінка точності тривимірних моделей.
Об'єкт дослідження - технологія побудова тривимірних моделей за цифровим фотознімками.
Предмет дослідження - тривимірна модель, побудована в програмі Agisoft PhotoScan.
В даному дослідженні виділено такі завдання:
- 1. Виконання польових робіт для отримання цифрового фотоматеріалу об'єкта, а також контрольні вимірювання.
- 2. Побудова тривимірної моделі об'єкта і оцінка точності її геометрії.
- 3. Вплив координатної прив'язки точок фотографування на точність підсумкової тривимірної моделі.
3. Аналіз літературних джерел
Перед початком роботи над магістерською дисертацією були розглянуті статті різних авторів, які тим чи іншим чином стосуються обраного напрямку дослідження. Пошук статей здійснювався в спеціалізованих геодезичних журналах, таких як
В першу чергу розглядати питання почав з
Далі було розглянуто керівництво користувача Photoscan та інструкції по обробці знімків під видавництвом Agisoft, а також наочних прикладів експлуатації програми на платформі YouTube. Потім було розпочато пошук доповідей і статей, присвячених обробці фотознімків і точності цифрових моделей в середовищі Photoscan. Над проблемою працювали: Іноземцев. Д.П, Рильський І.А., Гринько О.В., Курков М.В., Солощенко Ф.В., Суздальцев Н.Р, Гормаш А.В., Оньков І.В., Курков В.М. , Бляхарський Д.П., Флорінський І.В., Новаковський Б.А., Прасолова А.І., Пермяков Р.В. Для виконання дослідження необхідно виконати ряд польових і камеральних робіт, а саме: Так як виконати аерофотозйомку за допомогою БПЛА не представляється можливим, з причини відсутності останнього, а знайти у вільному доступі всіх необхідних даних для дослідження не вдалося, то було прийнято рішення виконати наземне фотосканування будівлі, з вимірюванням контрольних точок по фасаду. На оцінку точності тривимірної моделі дане рішення суттєво не вплине. Після вибору об'єкта фотографування необхідно на фасаді будівлі розмістити марки майбутніх контрольних точок. Потім виконати тахеометричної зйомки безвідображальним методом по центрам марок. В результаті вийде каталог координат XYZ n-ї кількості точок. Ці результати будуть прийняті за еталон для порівняння з координатами отриманими за тривиміровою моделлю, побудованої в Agisoft PhotoScan. Для того, щоб майбутня модель мала правильний масштаб, PhotoScan надає можливість задати систему координат за координатами опорних точок, або за координатами камер. Так як марки розташовані на поверхні фасаду будівлі будуть використані не в якості опорних, а для контролю точності моделі, то необхідно визначити координати точок фотографування. Визначати координати точок фотографування будемо за допомогою високоточних GPS-вимірювань в режимі RTK. RTK (Real Time Kinematic - Малюнок 1 — Схема GPS-вимірювань в режимі RTK Перед тим як виконати знімок необхідно встановити GPS-приймач на майбутню точку фотографування, після того як прилад визначить координати виконати знімок. Таким чином кожної фотографії будуть відповідати просторові координати XYZ. Згідно керівництву користувача Agisoft PhotoScan виконувати фотосканування необхідно перпендикулярно об'єкту, що знімається, і рухаючись паралельно йому (рис.2). Для отримання якісної тривимірної моделі необхідно використовувати камеру з матрицею досить високої якості (більше 5 Мпікс). Малюнок 2 — Сценарії зйомки об'єкта При виконанні фотосканування необхідно дотримуватися наступних правил: Однак необхідно уникати відблисків. Джерела освітлення рекомендується розташовувати за межами кадру. Намагайтеся не використовувати спалах. Із закінченням фотоскануванням об'єкта завершуються польові роботи. Далі необхідно обробити результати вимірювань тахеометричної зйомки і GPS-вимірювань. В результаті вийде два каталоги координат, один для контрольних точок, другий для точок фотографування. Далі необхідно сформувати їх у .txt форматі для подальшого завантаження в PhotoScan. Приклад файлу, що містить опорні координати наведено нижче. Малюнок 2.1 — Приклад каталогу коорудкнат Записи из файла координат соотносятся с соответствующими фотографиями или маркерами на основании значения поля label (название). Метки координат положений камер должны совпадать с именем файла соответствующего изображения, включая расширение. Далее можно переходить к построению трехмерной модели объекта. В першу чергу необхідно переглянути всі виконані знімки об'єкта, з метою видалення поганих кадрів, які можуть знизити якість майбутньої моделі. Переважно використи RAW дані, конвертованих без втрат в формат TIFF, так як стиснення зображення до формату JPG збільшує кількість небажаних шумів. Далі завантажуємо всі відібрані фотографії в програму. Наступним кроком додаємо в проект сформований каталог координат камер, обираємо правильну систему координат. Потім вказуємо точність визначення координат камер. Після цього можна здійснити вирівнювання камер. Малюнок 3 — Приклад результату вирівнювання камер Всі розрахунки елементів орієнтування знімків програма виконує автоматично. Наступний крок - це побудова щільнї хмари точок. Це етап обробки займає якийсь час. Швидкість обробки залежить від кількості знімків і потужності ПК. Після побудови щільної хмари необхідно видалити всі зайві Далі будуватися тривимірна модель по щільній хмари точок. І завершальний етап - побудова текстури. Після цього тривимірна модель об'єкта вважається завершеною. Малюнок 4 — Щільна хмара точок Малюнок 5 — Приклад тривимірної моделі пам'ятника За маркерами контрольних точок будуємо 3D-полілінію і експортуємо каталог координат вершин полілінії. Далі необхідно порівняти, наскільки відрізняються координати виміряні тахеометром безпосередньо на фасаді будівлі, від координат, отриманих за тривимірною моделлю в плані і по висоті. Грунтуючись на різниці координат можна судити про точність тривимірної моделі. Agisoft PhotoScan дозволяє будувати тривимірні моделі і без координатної прив'язки, проте в цьому випадку не можливо виконати вимірювання геометрії моделі. Однак для побудови відмаштабованної тривимірної моделі необхідно мінімум три точки з відомими координатами. Вирівнювання всіх інших камер PhotoScan виконає автоматично. Тобто, для побудова тривимірної моделі не обов'язково знати точні координати всіх камер, а досить вимірювати лише деяку частину. Ця обставина значно прискорює виконання польових робіт, так як немає необхідності визначати координати точки фотографування кожного знімка. Тут виникає наступна задача: оцінити, як точність тривимірної моделі залежить від кількості прив'язаних знімків. Припустимо, є 100 знімків фасаду будівлі з координатами точок фотографування. Суть дослідження полягає в тому, щоб рівномірно скорочуючи кількість прив'язаних камен, не скорочуючи загальної кількості знімків, будувати тривимірні моделі об'єкта. Допустимо що першу модель побудуємо по 100 прив'язаним знімкам, другу за 50 знімків, наступну за 25 знімків, і т.д., і отримані моделі порівняти між собою за обсягом. В результаті можна буде судити, чи обов'язково вимірювати координати всіх знімків, або для отримання задовільної точності моделі досить визначити тільки деяку частину. Розглянуто матеріали статей присвячених аерофотозйомки із застосуванням БПЛА з метою отримання тривимірних моделей місцевості. Грунтуючись на отриманих знаннях, програмним продуктом для виконання обробки знімків був обраний Agisoft PhotoScan, і була вивчення практика роботи в ньому, яка коротко викладена в даній роботі. В результаті визначено мету і завдання дослідження, складено план польових і камеральних робіт. Після його виконання можна буде оцінити точність тривимірних моделей об'єкта побудованих по цифровим знімкам в Agisoft PhotoScan. В результаті можна буде зробити висновки про доцільність використання PhotoScan в наукових і виробничих цілях. При написанні даного реферату дослідження ще не виконано, польові роботи призначені на початок 2019 Закінчення роботи над магістерською дисертацією: червень 2019 р Повний текст роботи та матеріали по темі можна буде отримати у автора або керівника після зазначеної дати. Геоматика
, Геопрофі
, Вісті вищих навчальних закладів. Геодезія та аерофотозйомка
, Геодезія та картографія
, Міжвідомчій науково-технічний збірник
Геодезія, картографія и аерофотознімання
. Інструкцієї з фотограмметричних робіт при створенні цифрових топографічних карт і планів
під видавництвом Цниигаик. Наступним кроком був пошук статей присвячених аерофотозйомки з безпілотних літальних апаратів. Ціїй темі присвячені статті таких авторів, як Мітін М.Д., Нікольський Д.Б., Бровко Е.А., Єфімов С.А., Маслянко В.Я., Семенов А.Е., Чижов М.Н., Петров М.В., Блохін Ю.Б., Курков В.М., Бляхарський Д.П., Флорінський І.В., Курков В.М., Перес Вальдез Мануель де Хесус, Бляхарський Д.П. Волгушева Н.Е., Прокоф'єв Н.А., Бляхарський Д.П. Багато з цих авторів як фотограмметричну станцію для обробки знімків застосовували програму Agisoft Photoscan.4. Порядок виконання дослідження
4.1 Виконання польових робіт і камеральної обробки вимірювань
кінематика реального часу
) - сукупність прийомів і методів отримання планових координат і висот точок місцевості високої точності за допомогою супутникової системи навігації за допомогою отримання поправок з базової станції, прийнятих апаратурою користувача під час зйомки (Рис.1). 
сліпих зон
має бути зведено до мінімуму, так як PhotoScan може реконструювати тільки ті точки сцени, які видно не менше ніж на двох кадрах.
4.2 Побудова тривимірної моделі об'єкта в Agisoft PhotoScan
шуми
з майбутньої моделі. 
Висновки
Список літератури