Фотограмметрическая съемка: автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация на тему:Фотограмметрическая съемка элементов интерьера архитектурного сооружения

Содержание

Наземная фотограмметрическая съемка

Наземная фотограмметрическая съемка – метод изучения и регистрации формы, размеров и пространственного положения объектов по их фотограмметрическим изображениям, полученным с точек земной поверхности [6]. Наземную фотограмметрическую съемку применяют как самостоятельный вид съемки, так и совместно с тахеометрической съемкой. Главным ее преимуществом является значительное сокращение полевых работ и возможность съемки труднодоступных участков карьеров.

Идея метода состоит в том, что пространственное положение третьей точки определяется относительно двух других (базисных) прямой засечкой, причём эта засечка реализуется с помощью стереопары снимков, полученных с земли. В основе наземной фотограмметрии лежат общие математические зависимости между пространственным положением точек объекта и их фотографическими изображениями на фотоснимках.

Суть фотограмметрической съемки сводится к следующему. Фотографирование участка карьера выполняют с двух точек

(S

1 и S2) базисной линии Вф. Полученные с разных точек базиса снимки – левый Р1 и правый Р2 – являются стереопарой снимаемого участка (рис. 5.7).

В зависимости от используемой аппаратуры, фотоизображение получается либо в виде плоских фотоснимков (при съемке фототеодолитом), либо в цифровом виде (при съемке цифровой камерой). Элементами стереопары считают:

центры проекций S1 и S2 левого и правого фотоснимков,

т. е. задние узловые точки объективов фотокамер;

 

базисную линию (базис фотографирования) Вф, равную расстоянию между центрами проекций фотоснимков;

проектирующие лучи, создающие изображение соответственно а1S1А, с1S1C на левом, а2S2А, с2S2

C – на правом снимках;

главные лучи, перпендикулярные к плоскостям левого S1O1 и правого S2O2 фотоснимков;

главные точки пересечения главных лучей с фотоснимками O1 и O2;

фокусные расстояния фотоснимков f1 = S1O1, f2 = S2O2;

изображения одних и тех же точек снимаемого участка на каждом снимке (на двух снимках стереопары): идентичные точки а1и а2, с1 и с2 по соответствующим лучам S1а1, S2а2, S1с1, S2с2.

 

Рис. 5.7. Элементы стереопары снимаемого участка

 

Таким образом, в фотограмметрической съемке местоположение точки определяется прямой пространственной фотограмметрической засечкой, образующейся проектирующими лучами. Положение точки А (см. рис. 5.7) можно определить, если известны направления проектирующих лучей а1S1А и а2S2А, точки Сс1S1C и с2S2C. Совокупность всех точек пересечения снимаемого участка, образующих поверхность, называется геометрической моделью или моделью участка.

Фотоизображение участка получают или с помощью фототеодолита, в котором конструктивно объединены фотокамера и теодолит, или с помощью цифровой камеры. Прибору обеспечивается неподвижное и определенное положение в момент фотографирования.

Фототеодолитный комплект (Photheo 19/1318) содержит следующие инструменты и оборудование: фотокамеру, оптический теодолит, двухметровую базисную рейку, три взаимозаменяемых трегера и три марки, три штатива, двадцать четыре деревянных кассеты, юстировочное устройство к фототеодолиту.

Фотокамера снабжена объективом «Ортопротар» с фокусным расстоянием 193 – 194 мм, постоянной диафрагмой с относительным отверстием 1 : 25 и постоянным желтым фильтром.

Полезные углы изображения по горизонтали ~ 470, по вертикали ~340. Для увеличения вертикального захвата местности объектив можно перемещать на 30 мм вверх и 45 мм вниз от среднего положения, что обеспечивает вертикальный захват вверх от горизонта ~ 260, вниз ~ 290.

Максимальная дисторсия объектива не превышает ± 5 мк. В фокальной плоскости его расположена металлическая фигурная прикладная рамка, к которой при съемке прижимается эмульсионный слой фотопластины.

Различают два вида съемки с земной поверхности: при горизонтальном положении оптической оси фотокамеры – горизонтальная съемка, при значительном отклонении оси фотокамеры от горизонтального положения – перспективная съемка. Съемку проводят в трех направлениях: перпендикулярно базисной линии и с отклонением влево или вправо до 35

0 (рис. 5.8). С каждой точки базисной линии фотографируют один и тот же участок карьера и получают стереоскопические пары фотоснимков.

Для обработки результатов фотограмметрической съемки с целью построения и пополнения плана горных работ карьера могут быть использованы оптико-механические приборы (при съемке фототеодолитом) и современные технологии, предназначенные для построения пространственных (фотограмметрических) моделей, цифровых моделей карьера, ортофотопланов, цифровых контурных планов и пространственных векторных объектов. В качестве исходных данных используется цифровая стереопара, которая получается при съемке цифровой камерой или преобразуется в цифровую форму в процессе сканирования при съемке фототеодолитом.

 

 
 

Рис. 5.8. Направление стереофотограмметрической съемки:

1 – перпендикулярно базисной линии;

2, 3 – отклонения от базисной линии влево, вправо

 

Построение пространственной модели позволяет производить пространственные измерения, т. е. определять и сохранять в специальном файле пространственные (трехмерные) координаты точек изображения и расстояния между точками; создавать, редактировать цифровую модель, измерять геометрические характеристики карьера, описывая их в реальной системе координат (рис. 5.9).

Общая организация наземной фотограмметрической съёмки при создании маркшейдерских планов местности включает ряд взаимосвязанных технологических процессов: подготовительные работы, полевые геодезические работы и фотографирование местности, камеральные фотограмметрические работы.

 

 
 

 

 

Базис 3 (200 m)

Базис 3а (80 m)

 
 
       
   
 

 

Подготовительные работы предшествуют полевым съёмочным работам и включают: подготовку приборов и оборудования; сбор и изучение картографических материалов, имеющихся на район предстоящих работ; составление проекта полевых работ; рекогносцировка участка с целью уточнения проекта съёмки, выбора мест расположения базисов фотографирования, контрольных пунктов, точек сгущения опорной сети и уточнения схемы геодезической привязки всех этих точек; закрепление и маркирование выбранных точек на местности.

Подготовка приборов и оборудования состоит в выполнении поверок и юстировок фототеодолитного комплекта.

На основе собранных картматериалов, уточняют размеры и границы площади участка предстоящей съёмки и приступают к составлению предварительного технического проекта съёмки. Основная задача проектирования состоит в выборе мест расположения точек базисов фотографирования – фотостанций, направления осей съёмки, расположения контрольных пунктов и точек сгущения опорной сети.

В связи с тем, что пополнительные съёмки карьеров являются наиболее распространённым видом маркшейдерских съёмочных работ и представляют собой постоянно повторяемый процесс, составление проекта наземной стереофотограмметрической съёмки всего карьера носит преимущественно разовый характер, а в дальнейшем в этот проект вносятся уточнения и дополнения.

Основные требования, определяющие высокое качество проекта, сводятся к обеспечению максимальной полноты охвата участка съёмки наименьшим количеством базисов фотографирования при соблюдении минимального объёма геодезических работ по их привязке и необходимой точности построения плана в заданном масштабе, а также обеспечение необходимой точности определения пространственных координат отдельных точек карьера, удобство расположения базисов, с учётом обеспечения их длительной сохранности.

Проект съёмки состоит из графической части и пояснительной записки. Графическую часть проекта составляют в масштабе 1:5000 – 1:2000, начиная с размещения базисов фотографирования. При выборе мест расположения съёмочных базисов необходимо руководствоваться следующими правилами:

– съёмочные базисы должны располагаться выше снимаемых участков, так как только при этом условии можно обеспечить съёмку без «мёртвых пространств»;

– размещать базисы с таким расчётом, чтобы весь участок был заснят наименьшим количеством стереопар и проектировать по возможности на каждом базисе съёмку с нормальными и равноотклонёнными осями;

– располагать базисы группами, что заметно сокращает затраты времени на фотосъёмку, а также на геодезическую привязку фотостанций;

– соблюдать необходимое перекрытие смежных стереопар соседних базисов, которое в зависимости от сложности форм рельефа должно быть в пределах от 20 до 50%;

– размещать базисы в местах, где будет обеспечена их длительная сохранность.

Наметив на плане предполагаемое место расположения базиса, необходимо прежде всего определить границы участка, который может быть снят с этого базиса. Найдя предельное отстояние Ymax, на которое может быть выполнена съёмка с намеченного базиса, определяют его наименьшую длину Bmin, которая может обеспечить заданную точность составляемого плана

где mp – погрешность измерения продольных параллаксов, принимаемая равной 0,01 мм.; my – погрешность планового положения определяемой контурной точки в м.; f – фокусное расстояние фотокамеры; t – коэффициент, учитывающий угол скоса. Если угол отклонения j = 31,50, то значение t принимают равным 0,70. при нормальном случае съёмки угол отклонения j = 00

, поэтому t = 1.

При чрезмерном увеличении длины базиса сокращается площадь обработки стереопары за счёт увеличения минимального отстояния Ymin до ближней границы участка съёмки.

На стереопаре наземных снимков минимальное отстояние определяется из соотношения Ymin < 3,5 В, то есть на отстояниях менее Ymin обработка наземной стереопары невозможна.

Необходимую длину базиса удобно находить при помощи номограммы, построенной по формуле нахождения Bmin.

Полевые работы начинаются с рекогносцировки местности, основной задачей которой является выявление необходимых изменений и дополнений в предварительный технический проект съёмки, составленный в камеральных условиях. В процессе рекогносцировки определяют на местности границы участка съёмки, уточняют места расположения базисных точек и контрольных точек, уточняют схему геодезической привязки фотостанций и контрольных точек (см. рис. 5.9).

Вначале выбирают положение концов базиса, затем контрольные точки и дополнительные точки геодезического обоснования. Для выноса в натуру направления базиса намечают с его левой точки направление главного луча фотокамеры при нормальном случае съёмки, а затем по перпендикуляру к нему выносят правую точку с соблюдением условия прямой видимости между концами базиса.

Наиболее целесообразным является совмещение одной из базисных точек (предпочтительно левой) с точкой опорной геодезической сети, так как при этом резко сокращается объём привязочных работ.

Базисные точки закрепляют на местности постоянными или временными центрами, в зависимости от того, какая предусматривается с данного базиса съёмка – разовая или многократная.

Контрольные точки выбирают с таким расчётом, чтобы они были хорошо видны с обоих концов базиса. Для надёжного опознавания на снимках контрольных точек перед фотографированием их маркируют путём нанесения контрастной по отношению к фону краской правильных геометрических фигур (крест, круг и т.д.) с чётко обозначенным центром или установкой специальных марок.

В результате рекогносцировочных работ составляют рабочий проект съёмки, в котором показывают положение и нумерацию съёмочных базисов, границы и контуры участков съёмки с каждого базиса, положение пронумерованных контрольных точек и места возможного появления “мёртвых зон”.

В пояснительной записке отражают последовательность проведения съёмочных работ со всех базисов и порядок производства геодезических работ.

Полевые работы (фотографирование карьера) являются наиболее ответственным этапом, так как от качества негативов в значительной степени зависит успешное выполнение последующих работ и точность конечных результатов.

Последовательность фотографирования:

ориентируют фотокамеру относительно базиса съемки по меткам на ее корпусе;

на регистратуре устанавливают номер снимка и вид съемки;

горизонтируют фотокамеру и точно ориентируют ее относительно другой точки базиса;

выполняют экспонирование.

В аналогичной последовательности выполняют съёмку при другом положении главного луча камеры. Закончив фотосъёмку с одной точки базиса переходят на другую, где фотокамеру устанавливают в подставку вместо визирной марки.

После фотографирования с обоих точек базиса приступают к измерению его длины. Точность измерения базисов 1:2000 [3].

Измерение коротких базисов длиной до 130 м выполняют горизонтальной базисной двухметровой рейкой, входящей в фототеодолитный комплект.

Угол наклона базиса измеряют теодолитом с одной из базисных точек одним приёмом. Если известны высотные отметки обоих концов базиса, то угол наклона не измеряется.

Ориентирование базиса производят путём измерения теодолитом горизонтальных углов двумя полными приёмами в левой точке между направлениями базиса и направлениями на два пункта опорной геодезической сети.

Определение плановых координат базисных и контрольных точек, не совмещённых с пунктами съемочной сети, в зависимости от условий местности выполняют обратными, прямыми и комбинированными засечками или прокладкой теодолитных ходов. Высотные отметки вычисляют по результатам геометрического или тригонометрического нивелирования.

Камеральная обработка снимков выполняется с целью составления планов или карт, а также для определения пространственных координат отдельных точек сфотографированных участков карьера.

Методы камеральной обработки: аналитический, графический и графомеханический.

Аналитический метод основан на измерении фотокоординат и параллаксов соответственных точек на стереопаре снимков и последующем вычислении пространственных координат точек сфотографированного участка по формулам связи координат точек снимков и участка. Этот метод позволяет решить аналитические соотношения между координатами точек снимков и объекта с высокой точностью.

Обработка наземных снимков аналитическим методом состоит из двух этапов: измерения фотокоординат и параллаксов точек снимков, а затем решения соответствующих зависимостей между координатами соответственных точек сфотографированного участка.

По стереопаре снимков, полученных с базиса, положение которого известно, решается прямая фотограмметрическая засечка и определяются пространственные координаты точек объекта.

В ряде случаев решают обратную фотограмметрическую засечку, когда по нескольким изобразившимся на снимке опорным точкам с известными пространственными координатами определяют неизвестные элементы ориентирования снимка, в том числе и пространственные координаты центра фотографирования.

Для решения таких задач в фотограмметрии используют стереокомпаратор – высокоточный стереофотограмметрический прибор, предназначенный для измерения фотокоординат и параллаксов точек на фотоснимках способом мнимой марки.

Аналитический метод относится к самым точным методам обработки наземных снимков, поскольку в измеряемые фотокоординаты можно ввести поправки за погрешности элементов ориентирования. Благодаря этому можно максимально полностью использовать ту точность, которую дают фотоизображения. Погрешности аналитического метода обусловлены главным образом:

погрешностями полевых работ;

геометрическими искажениями самих снимков;

погрешностями измерений этих снимков.

Основным недостатком этого метода является то обстоятельство, что он представляет собой точечный метод обработки, то есть искомые координаты определяют по отдельным точкам.

Графический метод получения по снимкам координат точек местности основан на решении уравнений связи координат точек снимков и объекта путём графических построений.

В настоящее время графический метод на производстве не применяется, поскольку имеет существенные недостатки: невысокая точность и большая трудоёмкость.

Графомеханический метод позволяет составить план или карту сфотографированного участка местности по стереопаре наземных фотоснимков без непосредственного измерения фотокоординат и параллаксов точек снимков. От аналитического и графического методов он отличается тем, что объекты и контуры на плане наносятся непосредственным вычерчиванием, то есть не является точечным методом.

Графометрический метод позволяет составить план или карту сфотографированного участка местности по стереопаре без непосредственного измерения фотокоординат и параллаксов точек снимка.

Данный метод основан на использовании универсальных приборов: стереокомпаратора в комплексе с координатографом и современного аналитического фотограмметрического «стереоанаграфа» (рис. 5.10).

 

 

Рис. 5.10. Стереоанаграф-6

По техническим характеристикам (табл. 5.2) и трудозатратам «Стереоанаграф» превосходит стереокомпаратор.

 

Таблица 5.2

Сравнение технологий обследования фасадов | ГК Геоскан

Аннотация. Основной проблемой, возникающей при обследовании многослойных ограждающих конструкций стен с кирпичным облицовочным слоем в каркасных зданиях, является выявление скрытых дефектов и повреждений. Причинами образования которых являются недоработки проектных решений и некачественное выполнение строительно-монтажных работ. Зачастую, аварийное техническое состояние такого вида конструкций фасада выявляется после обрушения отдельных элементов, что, в свою очередь, представляет опасность для людей находящихся вблизи здания. Ввиду возможности наличия в данных конструкциях скрытых дефектов, получение полноценной информации о состоянии видимого наружного кирпичного облицовочного слоя является важнейшей задачей для последующего качественного обоснованного решения по выбору участков для детального обследования, методики обследования, типу измерительных приборов, инструментов и, в конечном итоге, принятия объективного, экономически целесообразного решения по приведению конструкций фасада в работоспособное состояние. Рассматриваемые методы бесконтактных измерений выделяются высокой производительностью и несут чрезвычайно большой объем информации, являющийся в ряде случаев избыточным. В статье рассмотрены особенности методов, условия проведения полевых работ, программная обработка полученных данных и анализ геометрии поверхности фасада. Выполнены сравнения получаемых результатов разными методами при различных условиях съемки объекта. Рассмотрен вариант регистрации дефектов и повреждений по высокодетализированным масштабным фотоснимкам. Сделан вывод о точности полученного методом цифровой фотограмметрии облака точек и применения его в качестве экспресс метода предварительной оценки технического состояния облицовочного слоя фасада с последующей геодезической съемкой выявленных аномальных участков. Сделан вывод о применение рассматриваемых методов при приемке фасадных работ, обследовании и мониторинге технического состояния фасада здания.

Ключевые слова: фасад, лицевой кирпичный слой, бесконтактные методы измерения, наземное лазерное сканирование, цифровая фотограмметрия.

Методы бесконтактных измерений


Развитие современной вычислительной техники, цифровой фотографии, усовершенствование и совмещение приборных баз сбора данных, геодезических и фотограмметрических технологий привело к появлению высокопроизводительных приборов и цифровых аппаратно-программных комплексов для определения пространственных координат объекта. Бесконтактные методы измерений, основаны на том, что чувствительные элементы средства измерения не приводятся в контакт с объектом измерения. Один из методов бесконтактных измерений – это наземное лазерное сканирование. Наземное лазерное сканирование применяется для решения широкого круга задач, от создания обмерных чертежей и 3Д моделей до выполнения классической топографической съемки. Сущность метода заключается в измерении с высокой скоростью (от 50 000 до 1 000 000 измерений в секунду) расстояния от сканера до поверхности объекта и регистрацией соответствующих направлений вертикальных и горизонтальных углов. Метод основан на работе безотражательного электронного тахеометра. Второй рассматриваемый метод бесконтактных трехмерных измерений – метод цифровой фотограмметрии (инженерная фотограмметрия). Метод основан на фотограмметрическом подходе, позволяющем определять пространственные координаты объекта по его разноракурсным изображениям (фотографиям). Результатами измерений двух методов является создание плотного облака точек в трехмерной системе координат, которое описывает внешнюю поверхность исследуемого объекта.

Рис. 1 Принципиальная схема метода наземного лазерного сканирования

 

Рис. 2 Принципиальная схема метода цифровой фотограмметрии

 

Полевые работы и применяемое оборудование


Исследуемый в рамках данной работы фасад здания направлен внутрь двора. Прилегающая территория спланирована, фасад не перекрывают деревья и сооружения, что позволяет выполнять наземное лазерное сканирование с одной станции и также выполнять фотографирование объекта с меньшим количеством фотоснимков. Количество и расположение станций планируется исходя из требований обеспечения необходимой точности создания облака точек, производительности и экономичности работ. Местоположение сканерной станции и центров фотографирования во время съемки приведены на Рис. 3. Технические характеристики оборудования и полученные исходные данные приведены в таблице 1.

 

Рис. 3 Местоположение сканерной станции и центров фотографирования. А) Наземное лазерное сканирование.
Б) Фотосъемка с БПЛА Phantom 2. В) Фотосъемка фасада с лестничной клетки соседнего здания. Г) Фотосъемка с земли.


Таблица 1. Технические характеристики оборудования и полученные исходные данные

Оборудование Технические характеристики Характеристика
съемки (максимальное расстояние от цента прибора до объекта/ высота от ур. земли)
Наземная съемка Воздушная съемка Характеристики облака точек после обработки
Лазерный сканер
Leica ScanStation C10
Контактный, импульсный, высокоскоростной лазерный сканер
Точность единичного измерения- местоположение – 6 мм на 50 м, расстояние – 4 мм на 50 м.
Дальность – 300 м Скорость сканирования – до 50, 000 точек/сек
Поле зрения – гор. 360 , вер. 270
Цифровая видеокамера – 4 Мп, размер 1920х1920
32,7 м / 1,8 м Файл облако точек в формате .bin —— Наземная съемка – 1,0 миллион точек (после разрежения плотного облака точек)
БПЛА квадракоптер
DJI Phantom 2 vision +
Тип БПЛА – квадракоптер 4 винта
Максимальная скорость полета – 15м/с
Дальность сигнала – 200-500 м
Встроенные модуль GPS
Тип камеры – цифровая камера на стабилизированном подвесе
Камера – PHANTOM VISION FC200
Тип матрицы – Aptina 1/2.3” дюйма
Число пикселей – 14 Мп
Угол обзора – 110 град. мин
5,0 – 8,0 м / 2,5 – 40,0 м ——— Цифровой фотоснимок – 136 шт
Формат – JPG
Размер – 4384х3288
Диафрагма f/2.8
Выдержка 1/2571 с.
Скорость ISO – 100
Фокусное расстояние – 28 мм экв. 35
Представление света – sRGB
Данные GPS
Воздушная съемка – 10,4 миллионов точек
Фотоаппарат
Canon EOS 5D Mark III
Объектив
Canon EF 16-35 mm II f/2.8L USM
Тип камеры – зеркальная
Тип матрицы – CMOS
Размер матрицы – 36 х 24 мм (полный кадр)
Число пикселей – 22.3 Мп
Тип объектива – широкоугольный Zoom
Фокусное расстояние – 16-35 мм
Угол обзора – 63-108.10 град. мин
Диафрагма – F 2.80
Фотографирование с лестничной клетки соседнего здания 31,5 м /1,8 – 36,0 м

Фотографирование с земли
28,0 м/1,8 м

Цифровой фотоснимок – 12 шт
Формат – JPG
Размер – 5760х3840
Диафрагма -f/2.8
Выдержка 1/320 с.
Скорость ISO – 100
Фокусное расстояние – 35 мм
Представление света – sRGB
 
Цифровой фотоснимок – 13 шт
Формат – JPG
Размер – 5760х3840
Диафрагма – f/5
Выдержка 1/100 с.
Скорость ISO – 100
Фокусное расстояние – 35 мм
Представление света – sRGB
Наземная съемка -15, 9 миллионов точек.

Воздушная съемка – 10,4 миллионов точек.

Порядок работы на сканерной станции состоял из следующих этапов:

  • установка сканера на запланированной точке на штатив, с установкой по высоте для охвата исследуемого объекта
  • горизонтирование прибора с помощью подъемных винтов
  • сканирование местности и объектов вокруг точки стояния сканера на низком качестве
  • выделение исследуемого фасада в полученном скане, сканирование фасада на высоком качестве

С появлением высококачественных и легких беззеркальных камер со сменной оптикой и миниатюрных датчиков для автопилота, стало возможным создание легких и сверхлегких беспилотных летательных аппаратов, выполняющих функции аэрофотосъемочных роботов. Воздушная фотосъемка фасада выполнялась при помощи БПЛА, непредназначенного для решения фотограмметрических задач – квадрокоптером Phantom 2 vision + производства фирмы DJI.

Порядок выполнения фотосъемки с БПЛА состоял из следующих этапов:

  • Калибровка компаса квадрокоптера, поиск спутников для пространственной ориентации
  • Установка автоматического фотографирования с интервалом в 3 сек
  • Выполнение полета в ручном режиме по зигзагообразной траектории параллельно фасаду


Третий вариант съемки выполнялся цифровым зеркальным фотоаппаратом Canon EOS 5D Mark III. Фотосъемка выполнялась в ручном режиме с предварительной настройкой диафрагмы и выдержки. Фокусировка производилась в автоматическом режиме, режим экспозамера центро-взвешенный. Фотографирование выполнялось в двух вариантах: с земли и с лестничной площадки соседнего здания.

При выполнении фотосъемки оператор придерживался следующих параметров:

  • выполнение съемки параллельно поверхности объекта
  • обеспечение достаточного перекрытия между кадрами порядка 60-80%
  • производить съемку в пасмурную погоду, либо избегать бликов от солнца, блестящих и нетекстурированных поверхностей.


Калибровка камеры проводилась в программе Agisoft Lens – бесплатное программное обеспечение для автоматической калибровки линзы камеры с использованием жидкокристаллического экрана в качестве калибровочной мишени. Программа автоматически определяет  фокусное расстояние, координаты главной точки и коэффициенты радиальной деформации (дисторсии) камеры. В большинстве случаев калибровка камеры не требуется, ПО Agisoft PhotoScanPro автоматически рассчитывает параметры калибровки.

Программная обработка полученных данных


Полученные данные с наземного лазерного сканирования импортируются в программы непосредственно фирм изготовителя лазерных сканеров (Cyclone Leica Geosystems HDS, 3dreshaper и др. ), либо в программы для работы с облаками точек (Cloud Compare v. 2.6.1. и др). Программные модули обладают мощными средствами для обработки, анализа и визуализации пространственных данных, полученных в результате трехмерного сканирования. Импортированные массивы точек редактируются для улучшения производительности после импорта в CAD среды. При редактировании облака точек удаляются лишние точки, не нуждающиеся в последующем анализе, выполняется разрежение облака точек.

Исходными данными, полученными с БПЛА и с наземной фотосъемки, для фотограмметрической обработки материалов являются фотоснимки в формате JPEG, TIFF, PNG и др. Одной из программ позволяющих самостоятельно создавать плотное облако точек, реконструировать 3D-форму и текстуру объекта по разноракурсным фотоснимкам является ПО компании Agisoft (г. Санкт-Петербург). Это ПО PhotoScanPro, которое используются как в России, так и во многих странах мира. Особенностью данного ПО является то, что обработка снимков включает ряд последовательно выполняемых операций, часть которых реализуется современными методами машинного зрения и базируется на использовании аппарата проективной геометрии, однородных координат и фотометрической обработки изображений. Обработка материалов фотосъемки состоит из следующих основных этапов:

Выравнивание фотографий

  • поиск общих точек на снимках
  • определение элементов взаимного ориентирования снимков
  • формирование первичной модели местности, состоящей из общих точек (разреженного облака точек)


Привязка модели в требуемой системе координат. Может выполняться по координатам центров фотографирования (КЦФ), по координатам точек наземной опорной сети или по тем и другим.

Построение плотного облака точек. На этом этапе выполняется повторный поиск общих точек, и определение их положения. Поскольку параметры взаимного ориентирования снимков уже известны с высокой точностью, это позволяет сузить область поиска общих точек и повысить достоверность определения их соответствия. Плотность результирующего облака точек при этом оказывается весьма высокой – в наиболее детальном режиме построения плотного облака анализируется буквально каждый пиксел исходных фотографий, и для всех пикселей определяется положение соответствующих им точек на местности.

В программе нет ограничений на величину фотографий и число одновременно обрабатываемых изображений. Соотношение «размер фотографий/число фотографий в блоке» определяется опытным путем в зависимости от мощности вычислительной системы. Все вычисления выполняются в автоматическом режиме, в соответствии с заданными параметрами и установками. В исключительных случаях допускается вмешательство оператора и выполнение некоторых действий в ручном режиме. Каждая точка в облаке точек имеет информацию о реальном цвете.

Анализ облака точек

Созданные облака точек можно импортировать в САПР и геодезические программы. В данной статье рассматривается анализ геометрии облака точек в программе Autocad 2016. Импортируем обработанные и сконвертированные файлы облаков точек в формате .rcs. Так как облака точек, полученные методом цифровой фотограмметрии, не были привязаны оператором при обработке в ПО Agisoft PhotoScan Pro к фактическим размерам, выполняем корректировку масштаба и пространственного положения полученных облаков в соответствии с облаком точек, созданным лазерным сканером, инструментами Autocad. После приведения облака к фактическому масштабу и положению выполняем анализ поверхности многоцветной плоскостью. Регулировка цветовых отметок происходит в меню цветовая легенда, в меню редактирования облако точек (см. Рис 4). Отметки выставляются таким образом, чтобы максимальная и минимальная отметки в плоскости фасада окрашивались крайними цветами палитры. Для измерений отклонений в полученных характерных участках, с помощью вкладки подрезка, вырезаем интересующий участок и поворачиваем перпендикулярно для выполнения измерений. В зависимости от ширины вырезаемого участка зависит кучность точек (см. Рис. 6). Разброс точек на участке А при вырезке полосы в 200 мм составляет до 10 мм. Размеры разности поверхностей на участках А и Б принимались по центрально расположенным точкам (среднее значение).

 

Рис. 4 Цветовая картограмма в Autocad 2016

Рис. 5 Цветовая картограмма облака точек произведенного наземным лазерным сканированием

 

Рис. 6 Кучность точек в сечении 1-1 ( 200 мм)


Результаты анализа облаков точек приведены на рис.7. Сечения 1-1 представлено с искаженным масштабом для наглядного вида. Разность значений на участках А и Б полученные разными методами варьируется от 1 до 4 мм ( см. Рис. 8 ).

 

Рис. 7 Результаты анализа облака точек. А) Наземное лазерное сканирование. Б) Фотосъемки с БПЛА Phantom 2. В) Фотосъемка фасада с лестничной клетки соседнего здания. Г) Фотосъемка с земли.

 

Рис. 8 Выявленные максимальные значения отклонений на участках А и Б, определенные разными методами

Дефекты и повреждения

При съемке объекта получаем данные по геометрии объекта (облако точек), а также визуальные данные о повреждении конструкций. При фотографировании фасада (рассматриваемыми приборами) получаем отдельные снимки в высоком разрешении, так как они были выполнены с близкого расстояния. Из отснятых фотоснимков, посредством фотограмметрических программных комплексов для обработки одиночных снимков, можно получить масштабный фотоснимок высокой детализации по всей поверхности фасада. Из произведенного снимка можно извлечь полную информацию не только о характере повреждения, но и по площади и объему. Выявленные повреждения на характерных участках представлены на Рис. 9.

 

Рис. 9 Фотоснимок фасада высокой детализации.

Выводы

  • Рассмотренные методы измерений дают в кратчайшие сроки полную информацию о геометрии исследуемого объекта и характере повреждений.
  • Точность облака точек, полученного методом цифровой фотограмметрии, в сравнении с наземным лазерным сканированием, дает основания применить метод как экспресс метод для предварительной оценки технического состояния облицовочного слоя фасада с последующими измерениями геодезическими приборами выявленных аномальных участков
  • Полученные данные наземного лазерного сканирования и визуальные данные с фотоаппаратуры в последующем могут быть использованы при мониторинге технического состояния фасада здания.

Больше о возможностях применения PhotoScan можно узнать здесь.

Инженер 1-ой категории А.С. Горьев
Общество с ограниченной ответственностью
Научно-Производственное Предприятие «Строительство»

Литература

  • Деркач В.Н., Орлович Р.Б. Вопросы качества и долговечности облицовки слоистых каменных стен // Инженерно-строительный журнал. 2011. №2. С. 42–47.
  • Масляков В.Я. Применение 3D-технологий при оперативном планировании и проектировании горных работ. XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва2014 г.
  • Иноземцев Д.П. Беспилотные летательные аппараты: теория и практика.Часть2.Модель обработки аэрофотоснимков в среде AGISOFT PHOTOSCAN // АТИП. 2013. № 3 (50). С. 51.
  • Середович В. А., Комиссаров Д.В. Состояние, проблемы и перспективы применения технологии наземного лазерного сканирования. ГЕО-СИБИРЬ-2005: сб. материалов науч. конгр. Новосибирск, 2005 г. – Новосибирск: СГГА, 2005. – Т. 1. – С. С. 193-197. – 1
  • Руководство пользователя Agisoft PhotoScan: Professional Edition, версия 1.2. Электронный ресурс: www.agisoft.com.

(PDF) Фотограмметрическая обработка снимков ADS40 в системе PHOTOMOD

Пространственные данные, №4 2007 г., стр. 51-56

изображения на снимке уровня Level 0, с тем только отличием, что здесь он выполняется с

использованием уравненных элементов внешнего ориентирования.

Второй пересчет координат представляет собой проектирование заданной точки

изображения уровня Level 0 на плоскость ректификации. Для этого по неуравненным

элементам внешнего ориентирования вычисляются координаты вершины и компоненты

направляющего вектора луча, соответствующего данной точке изображения Level 0, и

строится точка пересечения этого луча с плоскостью ректификации.

Третий пересчет выполняется с использованием аффинных соотношений,

связывающих координаты плоскости ректификации с координатами на изображении

уровня Level 1.

Выше под координатами точки местности подразумевались её координаты в

системе LSR. Связь между системой координат проекта PHOTOMOD и системой

координат LSR обеспечивается либо заданием параметров системы координат проекта

(датум, параметры картографической проекции и т.д.), либо, при использовании в проекте

PHOTOMOD условной декартовой системы координат (произвольным образом

расположенной в пространстве), необходимы как минимум три опорные точки на

стереопару для вычисления по ним параметров преобразования поворот – масштаб – сдвиг

между этими системами.

4. Практические аспекты обработки ADS 40 в системе PHOTOMOD

С точки зрения пользователя системы PHOTOMOD, работа с проектом снимков

ADS 40 практически не отличается от обработки блока аэрофотоснимков или сканерных

космических изображений.

Полный цикл фотограмметрической обработки снимков ADS 40 включает в себя

создание проекта (модуль PHOTOMOD Montage Desktop), измерение наземных и

связующих точек (PHOTOMOD AT), создание ЦМР по стереопарам (PHOTOMOD DTM),

выполнение векторизации в стереорежиме (PHOTOMOD StereoDraw), построение

ортоизображений (PHOTOMOD Mosaic), создание цифровых карт (PHOTOMOD VectOr).

В отличие от традиционной технологической схемы работы с PHOTOMOD, при

обработке ADS 40 отсутствует этап уравнивания (ориентирования снимков), так как этот

процесс выполняется перед добавлением снимков в проект программой ORIMA. Другие

особенности обработки ADS 40 в PHOTOMOD рассмотрены ниже.

При выполнении съёмки сенсором ADS 40 получается целый набор растров, и

перед добавлением снимков в проект необходимо выбрать, какие из них целесообразно

обрабатывать. Выбор снимков для построения ортоизображения определяется тем,

должно ли оно быть панхроматическим или мультиспектральным; в случае построения

панхроматического ортоизображения предпочтительным является использование

снимков, полученных надирными линейками, что позволит минимизировать влияние

погрешностей модели рельефа на точность ортофотоплана. Ответ на вопрос о том, какие

снимки следует использовать для построения модели рельефа, не столь однозначен. Из

трех снимков, полученных под разными углами тангажа (+28°, 0°, -14°), можно составить

три стереопары с разным отношением базиса съёмки к высоте. Так, стереопара,

включающая снимки под углами +28° и -14°, обеспечивает наибольшее отношение базиса

к высоте, и является предпочтительной с точки зрения точности решения прямой засечки;

с другой стороны, эти изображения в наибольшей степени отличаются друг от друга, что

ухудшает надежность работы процедур автоматического сопоставления точек. Обратная

ситуация имеет место, если рассматривать стереопару, составленную снимками,

полученными под углами 0° и -14°. По-видимому, указанный выбор целесообразно

осуществлять, предложив тем операторам, которым предстоит работать с проектом,

Фотограмметрия в Школе геодезии, геопространственных наук, Школа геодезии, Университет Отаго, Новая Зеландия

« Фотограмметрия состоит в проведении точных измерений по фотографиям и другим источникам изображений для определения относительного расположения точек в пространстве ». Американское общество фотограмметрии и дистанционного зондирования (ASPRS).

Фотограмметрия традиционно используется для создания топографических карт на основе аэрофотоснимков и пространственных изображений. Фотограмметрия с близкого расстояния также используется в Школе геодезии для получения точных измерений животных в исследованиях дикой природы или для создания виртуальных моделей исторических зданий.

AORAKI2013, съемка высоты Аораки/Маунт-Кук

Спустя более 20 лет после того, как вершина Аораки/Маунт-Кук пострадала от захватывающей каменной лавины, группа геодезистов и географов во главе с доктором Паскалем Сергеи провела новое исследование установить высоту этой знаковой достопримечательности.

Узнайте больше о высоте Аораки/Маунт Кука.

Виртуальный Данидин

Полностью цифровые аэрофотоснимки Данидина обрабатываются с использованием современных фотограмметрических технологий для создания виртуальной модели Данидина.Эта модель может быть использована в исследованиях, связанных с геовизуализацией или городским планированием.

Узнайте больше о виртуальном Данидине.

Фотограмметрия для изучения дикой природы

Цифровые фотограмметрические методы с близкого расстояния используются для оценки размеров диких животных, таких как кашалоты, на расстоянии.

Узнайте больше об определении размера кашалота в море.

Фотограмметрия ближнего действия

против  лазерного сканирования

Школа геодезии совместно с базирующейся в Данидине компанией Areograph и геодезической фирмой Global Survey (агент Leica в Новой Зеландии) проводит исследование для сравнения производительности лазерного сканирования. сканирование и инновационная автоматизированная веб-система фотограмметрии.

Узнайте больше о фотограмметрии ближнего действия по сравнению с лазерным сканированием .

Фотограмметрия Определения для геодезистов

фотограмметрическая камера — См. фотограмметрическая камера.

фотограмметрический контроль — См. контроль фотограмметрический.

фотограмметрическая съемка — См. фотограмметрическая съемка.

фотограмметрия 1 Геодезическая наука или искусство, связанное с фотосъемкой, особенно аэрофотосъемкой, с использованием датчиков, установленных на различных платформах. 2 Наука или искусство определения физических размеров объектов на основе измерений на фотографиях. Аэрофотограмметрия использует фотографии Земли, сделанные с самолетов или спутников, в то время как наземная фотограмметрия работает с наземными фотографиями. Термин наземная фотограмметрия предпочтительнее устаревшего термина «наземная фотограмметрия». Третий вид фотограмметрии — стереофотограмметрия, работающая с помощью стереоскопического оборудования и методов. См. также фотограмметрия аналитическая; фотограмметрия, полуаналитическая; фотограмметрия для близкого расстояния; фотограмметрия; электронная копия; аэрофотосъемка.

фотограмметрия аналитическая — математическое определение размера и формы объекта по измерениям, выполненным непосредственно на изображении, а не механически на стереоскопической модели.

фотограмметрия ближнего действия — Фотограмметрия с использованием фотографий объектов на расстоянии от нескольких миллиметров до нескольких сотен метров от камеры. Также называется «нетопографической фотограмметрией». Однако этот термин лучше использовать для приложений, в которых объект выходит за пределы, установленные для фотограмметрии ближнего действия.Примерами таких приложений являются метрическая запись и анализ конструкций в целом и памятников и зданий в частности, измерение количества материалов в массе и рентгеновская томография.

Фотограмметрия, цифровая — См. Фотограмметрия, электронная копия.

фотограмметрия полуаналитическая — измерение координат стереоскопической модели на аналоговом стереоскопическом плоттере и преобразование этих координат в координаты исходного объекта путем вычислений.

Фотограмметрия, электронная копия — Фотограмметрия с использованием цифровых фотографий, т. е. растровых изображений, которые можно получить либо с помощью цифровой камеры, либо путем сканирования бумажных фотографий.

Источник: NSPS «Определения геодезии и связанных терминов», используется с разрешения.

Часть комплекта текстов экзамена LearnCST.

Фотограмметрическая съемка местности

SAL Engineering проектирует и производит комплексные системы для фотограмметрических съемок земель в области гидрогеологической нестабильности, защиты территории, гидрогеологической профилактики, планирования дорог, проектирования инфраструктуры.Фотограмметрическая съемка планируется в лаборатории и проводится на гидрографических бассейнах, сельскохозяйственных полях, в лесах и археологических памятниках с помощью многороторных дронов, беспилотников с неподвижным крылом и реальных самолетов в зависимости от размера рельефа.
Съемки предназначены для создания 3D-моделей с высокой точностью и точностью, со строгими процедурами сбора данных с научной точки зрения и методологиями, которые предполагают проверку и воспроизводимость съемки.
Съемочная система состоит из антенны с дистанционным управлением, карданного подвеса для получения стабилизированного изображения и фотограмметрического датчика.Интеграция инерциальной платформы и системы позиционирования GNSS позволяет выполнять плановые и стабилизированные полеты по путевым точкам; дополнительный GPS позволяет выполнять географическую привязку каждой фотографии, чтобы получить более быструю и точную 3D-реконструкцию.
Получение изображений с географической привязкой дополняет топографическую съемку на местности; различные GCP (наземные контрольные точки), видимые на фотографиях, измеряются системой GNSS или высокоточным тахеометром, чтобы оптимизировать процесс уравнивания связки, географически привязать 3D-модель и вставить ее в геодезическую систему отсчета.
В случае, когда участок рельефа местности не подходит для фотограмметрической съемки, выполняется топографическая съемка, а затем данные интегрируются в облако точек для создания полной модели всей местности.
Изображения и данные GNSS обрабатываются с помощью самого современного фотограмметрического программного обеспечения, которое использует алгоритмы структуры из движения и настройки пучка для создания точки помутнения высокой плотности (в которой также присутствуют данные RGB), из которой можно извлечь различные товары.
Это продукты DSM (Digital Surface Model), DTM (Digital Terrain Model), ортофотоснимки, кривые уровня, топографические разрезы, векторные данные для актуализации локальной картографии, объемные данные для геологической интерпретации. Отдел исследований и разработок в SAL Engineering, который может похвастаться многочисленными публикациями в специализированных журналах, гарантирует высокие стандарты точности, достоверности и воспроизводимости трехмерных данных. Эти продукты можно использовать в средах ГИС, САПР и BIM.Гибкая, неинвазивная и экономичная процедура позволяет использовать широкий спектр приложений, таких как мониторинг районов, подверженных гидрогеологической нестабильности, прибрежных районов или обновление местной картографии для целей планирования и территориального планирования.

 

 

 

НУЖНА ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ?

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о нашей деятельности, наших продуктах и ​​услугах

кликните сюда

(PDF) ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА С ОБЪЕКТИВОМ “РЫБИЙ ГЛАЗ” ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЩЕРЫ ЛА-САССА

ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА С ОБЪЕКТИВОМ “РЫБИЙ ГЛАЗ” ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЩЕРЫ ЛА-САССА

L.Alessandri 1, V. Baiocchi 2, S. Del Pizzo 3, M. F. Rolfo, S. Troisi 3

1 Университет Гронингена, GIA, Poststraat 6, 9712ER, Гронинген (Нидерланды) – [email protected]

2 Римский университет Ла Сапиенца, DICEA, Via Eudossiana 18, 00184 Рим (Италия) – [email protected]

3 Неаполитанский университет Партенопа, Centro Direzionale Isola C4, Неаполь (Италия) – (salvatore.troisi, silvio. delpizzo)@uniparthenope.it

4 Университет Тор Вергата, факультет истории, культуры и общества, Via Columbia 1, 00133 Рим (Италия) – [email protected]

Комиссия II

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фотограмметрия, структура из движения, культурное наследие, трехмерное моделирование, пространственная привязка, бронзовый век, плейстоцен его географическая привязка в глобальной системе отсчета

; некоторые трудности могут возникнуть при наличии узких туннелей, в которых нельзя использовать тахеометр или наземный лазерный сканер

.В таких случаях можно использовать визуальный подход для создания как прослеживаемой траектории, так и трехмерной модели гипогеальной среды

. Быстрая фотограмметрическая съемка была использована для реконструкции морфологии пещеры Ла Сасса, расположенной в

муниципалитете Соннино (Латина) в нижнем регионе Лацио. В этой пещере было найдено очень большое количество костей плейстоценовых животных,

вместе с несколькими фрагментами человеческих костей медного века и черепками пасты бронзового века.

Съемка проводилась с помощью цифровой зеркальной полнокадровой камеры Nikon D800E с предварительно откалиброванным объективом «рыбий глаз» Nikkor 16 мм. Во время сбора данных

были измерены несколько целей, чтобы включить модель деформации. Фотограмметрическая модель имеет географическую привязку

с использованием 3 опорных точек, расположенных за пределами входа в пещеру, где двухчастотный GNSS-приемник получил данные в режиме статического сеанса

.

1. ВВЕДЕНИЕ

Среда пещер обычно характеризуется недостатком света,

проточной водой, высокой влажностью, ограниченным пространством и сложной

морфологией, поэтому ее картографирование является сложной задачей, которая традиционно

выполнялась топографами. методы съемки,

действительно, метод траверса для установления линий исследования пещеры является

зрелым и эффективным (Gallay et al, 2015).

Однако получение подробной информации о стенах прохода, профилях и

поперечных сечениях занимает много времени и в конечном счете зависит от опыта оператора

в интерпретации и

от руки тренда стен пещеры между исследовательскими станциями. Из-за этого набросок пещеры

, выполненный двумя разными операторами, хотя и похож,

никогда не будет одинаковым. Поэтому необходимо принять метод съемки

, который может дать наиболее подробное описание

гипогеальной среды, независимо от выбора оператора.

Когда моделирование должно быть добавлено к операциям отображения

, тогда используемые методы должны быть автоматическими, чтобы предотвратить

возможность того, что важные детали могут ускользнуть от экспертного

анализа.

3D-модели, созданные с помощью наземного лазерного сканирования (TLS) и

фотограмметрии ближнего действия, предлагают альтернативное решение или, по крайней мере,

ценное дополнение к традиционной съемке пещер.

3D-модели часто создаются быстрее, чем эскизы, и даже

более информативны.Эти модели могут предоставлять сечения

в любом месте, и вся эта информация получена беспристрастным

способом, который является беспристрастным и научно воспроизводимым (Jordan,

2017).

TLS в настоящее время широко признан зрелым и надежным методом сканирования

пещер. Высокоточные лидарные системы используют инфракрасные дистанционные датчики

, способные сканировать сотни тысяч

точек в секунду в полной темноте.Но эта технология очень

дорогая и проблематична (или невозможна) для использования в тесных

пространствах и проходах.

С другой стороны, фотограмметрия

доказала замечательную надежность и универсальность во многих областях. Квалифицированный специалист, который

обладает соответствующими знаниями обо всех этапах

преобразования изображений в трехмерные модели (от

получения изображений до этапа построения с использованием

фотограмметрического программного обеспечения), — это все, что нужно нужный.

Технологические достижения привели к разработке алгоритмов

Структура из движения (SfM), с помощью которых автоматическое

распознавание общих точек интереса на многих изображениях

используется для реализации высокоизбыточного пакета автоматической калибровки . Последний

приводит к одновременной оценке параметров внешней

ориентации изображений и к 3D-координатам

одних и тех же точек интереса (Del Pizzo, Troisi, 2011).

Нередко подземная среда также затапливается и даже

в таких случаях фотограмметрия ближнего действия и в

отдельные алгоритмы SfM показали свою полную надежность

(Menna et al, 2015; Troisi et al, 2015) .

Методы SLAM (одновременная локализация и картирование)

(Thurn et al., 2000) дают очень хорошие результаты с точки зрения скорости

и точности. Такие решения обычно основаны на

оптимизации классических алгоритмов SfM (Mouragnon et al.,

2009). Недавние подходы позволяют интегрировать несколько инструментов

, таких как дальномерные камеры или лазерное сканирование (Biber et al.,

2004; Cole et al., 2006). Основная цель SLAM — предоставить

отображение окружающей среды в режиме реального времени.

Использование объективов «рыбий глаз» особенно рекомендуется, когда среда

, которая должна быть обследована, в основном развита в длину

, а два других измерения очень узки, например,

в туннелях (Troisi et al, 2017; Perfetti et al, 2017)

В то время как камера с объективом «рыбий глаз» неизбежно создает

больше искажений, чем

обычная камера со стандартным объективом,

она также позволяет одновременно

захватывать всю окружающую среду со значительным перекрытием между фотографиями .

Фотограмметрическая съемка, проведенная камерой, оснащенной

стандартным объективом, дает очень точные 3D-модели, но

Международный архив фотограмметрии, дистанционного зондирования и пространственных информационных наук, том XLII-2/W9, 2019

8-й Международный Семинар 3D-ARCH «Виртуальная 3D-реконструкция и визуализация сложных архитектур», 6–8 февраля 2019 г., Бергамо, Италия

Этот вклад прошел рецензирование.

https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-2-W9-25-2019 | © Авторы 2019. Лицензия CC BY 4.0.

Проведение маловысотных фотограмметрических съемок, сравнительный анализ беспилотных авиационных систем пользовательского класса

Фотограмметрия структуры из движения (SfM) часто используется в качестве метода топографического моделирования. Он сочетает в себе полезность цифровой фотограмметрии и простоту использования, основанную на методах многоракурсного компьютерного зрения. Благодаря растущей доступности изображений, особенно с беспилотных летательных аппаратов, фотограмметрия SfM представляет собой мощный инструмент (James et al.2019).

Беспилотные авиационные системы (БАС), обычно называемые дронами, приобретают все большее значение в мировой панораме фотограмметрических съемок (Barazzetti et al., 2014; Malinverni et al., 2016; Martinez et al., 2021; Nex, 2011; Waagen, 2019). ). Некоторые типичные приложения предназначены для архитектурных или археологических целей, регионального планирования или анализа рисков и картирования (Bitelli et al. 2017; Boccardo et al. 2015; Gomez & Purdie 2016; Samad et al. 2013; Spangher et al. 2017).

Благодаря техническим усовершенствованиям и миниатюризации авионики и повышению качества цифровых камер БПЛА все чаще используются в качестве платформ дистанционного зондирования (Parisi et al.2019; Рау и др. 2016; Сарвар и др. 2016; Тернер и др. 2013).

В то же время фотограмметрическая обработка SfM играет все более важную роль в создании цифровых моделей рельефа (ЦМР) на основе изображений, полученных с БПЛА (James & Robson 2014). Несколько коммерческих программ, таких как Agisoft Metashape, Meshroom и 3DZefir, предлагают процедуры автоматической фотограмметрической реконструкции. Исследование фотограмметрической ошибки и неопределенностей, связанных с фотограмметрическими результатами SfM, является важнейшей задачей.

Картографирование с помощью беспилотных летательных аппаратов (RPAS) обычно включает развертывание наземных контрольных точек (GCP) для географической привязки изображений для создания топографических моделей (Hugenholtz et al. 2016). Даже если последние БАС оснащены системами прямой геопривязки (Габрлик, 2015 г.; Пфайфер и др., 2012 г.; Санс-Абланедо и др., 2018 г.), из-за плохих характеристик недорогих инерциальных измерительных блоков, установленных на тестируемых транспортных средствах, мы выполнили косвенная географическая привязка (Ekaso et al. 2020; Eling et al.2015 г.; Штёкер и др. 2017).

В зависимости от типа представления, которое должна дать выполненная топографическая съемка, для съемки может использоваться определенный тип инструмента. Например, для архитектурного чертежа часто использовались графические изображения 1:50 или 1:100 (Bonora et al. 2021; Sun & Zhang 2018). Для других приложений, таких как съемка обширных ландшафтов, оползней или русел рек, использовались более мелкие графические масштабы (Bolkas et al. 2018; Gracchi et al. 2021; Michez et al.2016).

Для других применений, таких как съемка обширных ландшафтов, оползней или русел рек, использовались графические масштабы менее 1:1000 (Bolkas, 2019; Gracchi et al., 2021; Michez et al., 2016; Mucchi et al., 2018). . В этом исследовании учитываются только масштабные коэффициенты менее 1:100; для достижения масштабного коэффициента 1:50 должна быть гарантирована планиметрическая ошибка менее 1 см, и она, как правило, находится за пределами досягаемости дронов. Принимая во внимание результаты полученной точности картографического представления, также можно сделать некоторые выводы.Он представляет неопределенность, связанную с графически представленной информацией; исторически  ± 0,2 мм – это минимальное значение, различимое для человеческого глаза без линзы. Как правило, графическая ошибка зависит от масштаба карты, как показано в Таблице 1.

Таблица 1 Графическая ошибка в зависимости от масштабного коэффициента

В настоящее время, когда программное обеспечение САПР или цифровые карты допускают почти бесконечное увеличение, графическая ошибка по-прежнему является параметром, определяющим точность измерения на основе запросов клиента.Например, чтобы вернуть опрос в масштабе 1:1000, где графическая погрешность составляет  ± 20 см, нет необходимости повышать точность до менее 5 см, так как это повлечет за собой только трату энергии. и ненужные расходы. В фотограмметрических топографических съемках из УАС некоторые авторы работали в масштабе от 1:3000 до 1:100 (Barba et al., 2019; Lane et al., 2000). Получение продукта в масштабе более 1:100 невозможно в режиме RTK; по этой причине рассмотрение будет проводиться, начиная с масштабного коэффициента 100.Традиционно альтиметрическую погрешность в топографии можно считать двойной по сравнению с планиметрической. Требуемое пороговое значение по координате Z для трехмерности можно считать равным удвоенному значению, установленному для планиметрических осей.

Напоминая, что расстояние выборки земли представляет собой размер пикселя на поле и является функцией фокусного расстояния камеры, высоты полета и размера пикселя датчика, это параметр, который устанавливает нижний предел для точность, достижимая в точках на местности.Значение GSD полета Phantom 4 Adv на высоте 80 м над уровнем земли (AGL) составляет 2,1 см.

Настройка выбора подходящего метода съемки с учетом ожидаемого результата с точки зрения графического вывода может помочь оптимизировать затраты на кампанию и найти хороший баланс между доступными ресурсами и ожидаемыми результатами.

Интеграция сети управления GNSS и фотограмметрического метода для разработки, внедрения и выполнения строгой методологии топографической съемки была описана (Forlani et al.2019; Габрлик и др. 2018).

Качество 3D-модели в основном зависит от качества съемки и процесса фотограмметрической реконструкции. Качество съемки с точки зрения точности зависит от различных параметров: метода, характеристик авионики БАС, качества камер, точности наблюдений GNSS (Lee & Choi 2016), калибровки камеры (Fraser 2013) (Remondino & Fraser 2006). и метод географической привязки (Forlani et al. 2018).

Эта статья расширяет исследование, проведенное в других публикациях (Peppa et al.2019), (Dering et al. 2019), рассматривая две новые модели БПЛА.

Это исследование было проведено для изучения результатов серии фотограмметрических съемок, выполненных с использованием четырех различных моделей БПЛА DJI: Phantom 4 Adv, Mavic 2 Pro, Mavic Air 2 и Mavic Mini 2. Преобладающие национальные и международные правила все чаще отдают предпочтение небольшие беспилотники в городских районах (Alamouri et al. 2021; Marshall 2021; Rango & Laliberte 2010). По этой причине и принимая во внимание широкий спектр городских применений в целях восстановления, мы сосредоточили испытания на дронах малого веса.Самолет является частью коммерческих систем пользовательского уровня, которые в основном используются частными профессионалами. С одной стороны, благодаря своим готовым конфигурациям они могут помочь в быстром планировании и проведении съемок на малых высотах.

С другой стороны, из-за их необычайной простоты в использовании их часто развертывают, уделяя мало внимания передовым методам фотограмметрии. С учетом этих соображений тесты были разработаны для воспроизведения общих критических проблем, таких как плохое планирование геометрии сети камер (Dai et al.2014; Ночерино и др. 2013), автокалибровка камеры и различные полетные AGL.

Протестированные БПЛА с различной конфигурацией демонстрируют разные общие характеристики миссии и качество съемки.

Аэрофотограмметрическая съемка | Геосиам

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) — это большая и разнообразная группа летательных аппаратов, на борту которых нет человека-пилота. В эту группу входят модели самолетов, вертолетов, дронов и других дистанционно и/или радиоуправляемых машин.Новые версии этого класса постоянно разрабатываются и модернизируются, чтобы предоставить широкий спектр услуг коммерческой аэрофотосъемки (фотографии и HD-видео вещательного качества) для промышленной фотографии, художественных фильмов, спортивных репортажей, съемок энергетических и газопроводов, а также открытых / скрытое наблюдение для полиции и военных.

БПЛА

в настоящее время регулярно используются для коммерческой/промышленной аэрофотосъемки и часто считаются методом выбора для получения высококачественных изображений с малой высоты для многих приложений.Используя БПЛА большой грузоподъемности, способные нести цифровые камеры профессионального рынка, мы разработали специальные методы для предоставления архитекторам, архитектурным визуализаторам, строительным компаниям и застройщикам изображений с высоким разрешением в определенных точках неба, контролируемых GPS.

Наши картографические дроны поставляются в комплекте с камерой видимого спектра с высоким разрешением, но система полезной нагрузки является взаимозаменяемой, поэтому вы можете заменить свои собственные камеры или датчики для съемки ИК, гиперспектральных или других изображений.

Наш трехэтапный рабочий процесс полностью автоматизирован: планируй, запускай, обрабатывай. Выберите область, которую вы хотите нанести на карту, и дрон рассчитает траекторию полета, которая будет охватывать ее. Во время полета бортовое программное обеспечение автоматически делает для вас все нужные фотографии и геотеги, где каждая из них была сделана; взлет и посадка также автоматизированы со встроенными средствами защиты от полета, такими как возврат на землю. Наконец, наше программное обеспечение для постобработки сшивает эти фотографии в четкую карту с высоким разрешением, вплоть до поразительного 1 см/пиксель, в зависимости от высоты вашего полета.Увеличьте масштаб от неба до винограда.

Кроме того, вы можете сохранять и повторять любые свои полеты с любой необходимой частотой, а также сравнивать и накладывать эти данные во времени.

Фотограмметрия с БПЛА как альтернатива классическим методам наземной съемки

Почему БПЛА все чаще дополняют или даже заменяют методы наземной съемки во многих приложениях? В этой статье рассматриваются преимущества фотограмметрического картографирования с помощью БПЛА.

Картографирование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА или дронов) часто использует фотограмметрию для создания точных трехмерных моделей реального мира из двухмерных изображений. Комбинируя и обрабатывая несколько аэрофотоснимков с географической привязкой, фотограмметрические методы используются для создания выходных данных, таких как трехмерные облака точек, растровые цифровые модели рельефа и ортомозаики.

Одним из самых больших преимуществ фотограмметрического картографирования с помощью БПЛА является то, что оно позволяет геодезистам выполнять больше задач за меньшее время.Геодезические работы, выполнение которых обычно занимает несколько недель, могут быть выполнены за считанные дни с помощью БПЛА. Таким образом, использование БПЛА может оказаться значительно дешевле для многих проектов.

Более того, поскольку БПЛА можно быстро развернуть практически в любом месте, их использование избавляет от необходимости посылать геодезическую группу в опасные зоны, такие как крыши, уступы, проезжие части, неустойчивый грунт и крутые насыпи. Даже недоступные объекты, такие как вышки сотовой связи и верхушки деревьев, можно легко нанести на карту с помощью БПЛА.

Альтернатива классической наземной съемке

Если оставить в стороне многие преимущества фотограмметрии с БПЛА, съемка — это работа, требующая высокой степени точности. И сообщаемая точность от БПЛА обычно не соответствует их теоретическому потенциалу.

Однако БПЛА зарекомендовали себя как хорошая альтернатива более традиционным методам съемки. Это подчеркивается в отчете, опубликованном в журнале Journal of Unmanned Vehicle Systems (декабрь 2019 г.).Исследователи утверждают, что благодаря передовому беспилотному оборудованию и добросовестной обработке данных картографирование БПЛА является достаточно точным, чтобы дополнить или заменить методы наземной съемки для многих приложений.

Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи семь раз триангулировали участок церкви площадью 4 акра с помощью дрона DJI Inspire 2, оснащенного высокоточной системой PPK GNSS и камерой Zenmuse X4S. Участок содержал как гладкие поверхности, которые, как известно, хорошо моделируются данными дронов (автостоянки, поля и крыши), так и особенности, которые, как ожидается, плохо моделируются с помощью аэрофотограмметрии (стены, воздушные провода и земля под растительностью).Исследователи использовали данные пар стереоизображений, чтобы заполнить пропущенные или искаженные черты.

Несмотря на то, что высокопроизводительная система позиционирования БПЛА означала, что точность мало зависела от управления с земли, команда собрала 23 хорошо распределенных контрольных точки, чтобы вычислить преобразование для избыточности и предоставить достаточно данных для значимой статистики.

Сбор аэрофотоснимков

Сбор аэрофотоданных был завершен за полдня полевых работ и еще полтора дня обработки.Тем временем обычная съемка и обработка данных заняли три дня. Со среднеквадратичной ошибкой по вертикали всего 2 см картографирование БПЛА оказалось последовательным и достаточно точным, чтобы его можно было использовать во многих приложениях, типичных для наземной съемки. Исследователи также заметили, что точность улучшалась, когда БПЛА летал на меньшей высоте (хотя и с уменьшающейся отдачей). Если бы это был типичный проект наземной съемки, использование БПЛА привело бы к экономии времени на 33% и снижению затрат на 58%.

Исследователи дополнительно изучили экономическую целесообразность картографирования БПЛА, проведя съемку на крыше для установки солнечных батарей. Команда собрала аэрофотоснимки с крыш трех продуктовых магазинов площадью от 3 до 7 акров за один день. Без помещения рабочего на крышу все функции были извлечены в стереофоническом режиме, включая газовые линии, вентиляционные отверстия на крыше, блоки HVAC, световые люки и электрические панели. В то время как обычная наземная съемка заняла бы 12 дней от начала проекта до окончательной доставки, «полет до доставки» занял всего 7 дней, что позволило сэкономить 41% средств и сэкономить 58% времени.

В другом примере команда собрала аэрофотоснимки для полной топографо-планиметрической съемки поля для гольфа площадью 260 акров за один день. Если бы применялись классические методы, трем полевым бригадам потребовалось бы 30 дней для сбора этих данных, что привело бы к значительному простою трассы. Действительно, некоторые участки с густой растительностью на трассе требовали обычной съемки, но БПЛА смог нанести на карту многие полузатененные места с помощью компиляции стереозвука, выбрав подходящую стереомодель.По сути, вся площадка была нанесена на карту за 15 дней, что позволило сэкономить 75 % средств и 50 % времени.

DJI недавно анонсировала две новые полезные нагрузки для Matrice 300 RTK: Zenmuse P1 и Zenmuse L1.

Ценное дополнение к набору инструментов геодезиста

Подводя итог, можно сказать, что сегодня БПЛА стали чрезвычайно ценным дополнением к набору инструментов геодезиста и все чаще дополняют или заменяют наземные методы съемки для многих приложений.Картографический БПЛА нового поколения, такой как DJI Phantom 4 RTK, уже позволяет геодезистам получать данные с точностью до сантиметра, требуя при этом меньшего количества контрольных точек. А с помощью мощного картографического программного обеспечения, такого как DJI Terra , позволяющего создавать 2D-ортомозаики и 3D-модели с повышенной абсолютной точностью, специалисты-геодезисты могут получить желаемое качество выходных данных для критически важных проектов.

Если вы хотите прочитать полный отчет с подробной методологией тестирования и результатами точности, доступ к нему бесплатный здесь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.