Фотограмметрия в геодезии: это… Что такое Фотограмметрия в геодезии, определение

Содержание

Фотограмметрическая съемка для геодезии


Начиная с XIX столетия была реализована идея применения фотоснимков в целях решения задач геодезии и картографии. Научно-технический прогресс не стоял на месте, и со временем развивались новые методы получения и обработки аэрофотоснимков. Также усовершенствовалось и модернизировалось оборудование для обработки фотоснимков. Создавались новые модели профессиональных фотокамер и приборы для обработки аэрофотоснимков. На сегодняшний день нарастающими темпами развивается использование цифровой техники в фотограмметрии. 

В настоящее время широко используются профессиональные цифровые фотокамеры для целей геодезии, картографии, экологии и строительства. Фотограмметрическая съемка выполняется не только на земле, но и с летательных аппаратов. В качестве летательных аппаратов, широкое применение нашли беспилотные аппараты (БПЛА), самолёты, вертолёты, воздушные шары, аэропланы и искусственные спутники Земли. Съемку с применением ИСЗ называется космической съемкой.

 

Методы обработки полученных стереофотоснимков с каждым годом усовершенствуются. Создаются современные программные комплексы для обработки данных полученных в результате проведении фотограмметрической съемки. Среди них особо стоит отметить такие программные комплексы как: ImageStation, ЦФС от компании Leica, Photomod и ЦФС Дельта. Такие современные цифровые фотограмметрические станции, позволяют производить качественную обработку изображений в кратчайшие сроки. Это необходимо для получения достоверного ортофотоплана заданной территории.

Фотограмметрическая съемка выполняется для решения задач:

  • Разработка ГИС и топокарт и планов;
  • Проведения археологических изысканий;
  • Мониторинг таяния ледников и изменения лесного покрова;
  • Составления проектной документации для строительства различных объектов;
  • Создание цифровых моделей местности;
  • Геологические исследования;
  • Бонитировка почв;
  • Исследование морских течений и высыхания водных объектов.

Основные преимущества современной фотограмметрической съемки:

  1. Высокий уровень автоматизации и соответственно уменьшение влияния человеческого фактора;
  2. Съемка объектов недоступных для пребывания человека;
  3. Высокая производительность труда;
  4. Высокая степень точности измерений.

В настоящее время фотограмметрические методы измерения объектов на земной поверхности становятся всё более популярными. Применение современного высокоточного оборудования и автоматизация процесса проведения фотограмметрических работ, позволяет добивать значительных результатов в скорости и качестве получения ортофотопланов местности высокого качества. Это позволяет решать задачи в различных научных направлениях геодезии, экологии, геологии и археологии. Также множество практических задач в строительстве, мониторинге землепользования, градостроительстве, решаются с помощью проведения фотограмметрической съемки местности. Обращайтесь к нашим специалистам при возникновении потребности в проведении фотограмметрической съемки.

Статью проверил эксперт Косов Лев Геннадьевич

Кадастровый инженер. Опыт работы 9 лет. Образование Московский университет геодезии и картографии (МИИГАиК) – Кадастровая деятельность

Сравнение технологий фотограмметрии и LiDAR в картографии

Бурное развитие беспилотных технологий в гражданской сфере сделало их почти незаменимыми во многих отраслях деятельности. Мы уже не раз писали о том, насколько успешно и эффективно беспилотные системы интегрируются в бизнес-процессы и научные исследования. 

Одной из таких областей, где специалисты только выиграли от внедрения беспилотников, стала картография и геодезические исследования. Опытные профессионалы все, как один, отмечают сокращение финансовых расходов и трудозатрат на проведение картографических работ при использовании беспилотных систем. Другим преимуществом специалисты считают существенное  сокращение сроков выполнения проектов по сравнению с традиционными методами, включая применение пилотируемых летательных аппаратов. Наконец, опросы профессионалов свидетельствуют, что в результате исследования объектов беспилотниками и применения специализированных программ обработки данных пользователи получают более точные и повторяемые результаты.

В этой статье мы не только поговорим о новых методах картографии и геодезии, которые сегодня принято объединять под общим понятием “дистанционное зондирование с помощью воздушной съемки”, но и обсудим разницу между двумя технологиями, преимущества и недостатки каждой из них, а также возможности и ограничения в применении. Понятно, что у каждой технологии есть свои преимущества и недостатки. И выбор какой-то конкретной для практического применения будет во многом определяться типом выполняемого картографического проекта.

Что такое дистанционное зондирование?

Под дистанционным зондированием земной поверхности всегда подразумевали методы сбора данных, которые исключают непосредственный физический контакт между измеряемым объектом и человеком или объектом, выполняющим измерение. Этот термин приобрел универсальный характер, поэтому нет ничего удивительного, что в число традиционных методов дистанционного зондирования (например, с помощью спутника или самолета) со временем включили беспилотные летающие платформы. Дистанционное зондирование применяется в комплексе наук о Земле: географии, гидрологии, геологии, экологии и океанографии. 

Кроме научного применения дистанционное зондирование также эффективно в бизнесе и государственном/муниципальном управлении, а также в военной сфере. Без дистанционного зондирования не обходится ни общественное планирование, ни городское развитие, ни землеустройство, ни строительство, ни военная разведка.

Еще одним интересным направлением в дистанционном зондировании является съемка для сельского хозяйства с использованием технологии  нормализованного разностного индекса растительности (NDVI). Об этом мы уже писали, например, в “Обзоре квадрокоптера DJI Phantom 4 Multispectral. 

Дистанционное зондирование позволяет собрать важные данные, которые будут обработаны, проанализированы и использованы по отдельности или в комплексе (с другими данными) для создания формы геопространственных данных, то есть числовых данных, привязанных к определенным координатам местоположения объектов.

Дистанционное зондирование применяется в самых разных областях и помогает решать широкий круг задач. Оно носит более практичный и экономичный характер, что особенно важно для сбора геопространственных данных на больших участках земной поверхности. Например, часто для предварительного исследования районов будущего строительства крупных инфраструктурных проектов приходилось (а зачастую и сейчас приходится) задействовать большое количество людей и дорогого оборудования. Процедура трудоемкая и дорогая и она становится еще более дорогой и трудоемкой в условиях, когда исследовать приходится сложный тип рельефа. Беспилотники позволяют значительно удешевить рабочий процесс, сократить трудозатраты и время выполнения, снизить риск для людей и выполнить проект почти в любых сложных природных условиях. 

Что такое наземные контрольные точки?

Для геодезических исследований, в том числе с применением беспилотников, часто используют наземные контрольные точки (GCP). Они повышают точность карт, создаваемых с помощью дистанционного зондирования. Если дистанционное зондирование использует беспилотные технологии, то для повышения точности также может применяться установка контрольных точек. Об этом мы уже частично рассказывали в статье “Основы точности позиционирования в аэросъемке”.  

Пример установки наземных контрольных точек для картографирования с помощью беспилотника

Наземные контрольные точки устанавливаются заранее. Они необходимы для точных измерений и сопоставления с данными GPS, полученными с помощью портативных приемников GPS. Наземные контрольные точки служат в качестве своеобразного эталона для калибровки данных, собранных с помощью дистанционного зондирования. Количество контрольных точек и плотность станций зависят от плана съемки. Чем больше контрольных точек, тем точнее и качественнее результат в виде карты или модели. Впрочем, обратной стороной этого метода выступает проблема высоких затрат на оборудование и времени на выполнение проекта.

Активное и пассивное дистанционное зондирование

Чтобы лучше понять различия между технологиями фотограмметрии и  LiDAR, сначала следует разобраться в том, чем отличаются друг от друга пассивные и активные технологии дистанционного зондирования. К пассивному дистанционному зондированию принято относить такой сбор данных, который использует свойства исследуемых объектов излучать или отражать (например, свет, радиоволны и т.п.). То есть, не летательный аппарат, а сами объекты исследования выступают в качестве источника активности. Использование технологии инфракрасной, тепловизионной или радиометрической съемки – это примеры пассивного дистанционного зондирования. Также к пассивному дистанционному зондированию относится аэрофотосъемка, а значит, и фотограмметрия. 

При активном дистанционном зондировании сама беспилотная летательная платформа, а точнее ее специальное оборудование излучает энергию, которая затем отражается или рассеивается измеряемым объектом. Затем отраженная энергия измеряется специальным датчиком для сбора данных о форме, размере или местоположении объекта. Радары и лазерные сканеры LiDAR используют как раз именно такую схему работы. 

Что такое фотограмметрия?

Итак, технология фотограмметрии относится к разновидности пассивного дистанционного зондирования. Создание карты методом фотограмметрии – это использование целого набора фотоснимков определенного участка земной поверхности и их “сшивание” в единое целое. Однако это упрощенное объяснение, так как карта – это больше, чем просто сшитая версия отдельных аэрофотоснимков. Благодаря технологии перекрывающихся фотоснимков фотограмметрия может определить глубину отдельных деталей на изображениях. Это делается с помощью метода триангуляции, который очень похож на то, как работают человеческие глаза. Ведь они тоже по сути захватывают два отдельных изображения объекта, который мы видим, и соединяют их вместе.

Пример обработки данных по технологии фотограмметрии

Мы уже рассказывали о том, какое оборудование и программное обеспечение требуется для картографии методом фотограмметрии в статье “Фотограмметрия с помощью дронов в качестве альтернативы классическим методам”. Поэтому тут лишь частично повторим, что в целом, для подобной работы не требуется слишком сложное оборудование, если вы используете БПЛА. Практически, любой дрон с хорошей высокопроизводительной камерой можно запрограммировать на получение нескольких перекрывающихся изображений по заранее заданной траектории полета. Обработка этих изображений в единую согласованную карту обычно выполняется с помощью специального программного обеспечения для фотограмметрии: DJI Terra, а также совместимых для дронов DJI программных продуктов сторонних разработчиков (Pix4D, PrecisionHawk и др.).

Преимущества и ограничения фотограмметрии

Специалисты вполне обоснованно отмечают основное преимущество технологии фотограмметрии – ее доступность и экономичность. Есть примеры, хотя мы не рекомендуем так делать, использования для таких задач камеры смартфона, установленной на беспилотник.  Для реализации таких оригинальных решений используются специальные приложения для фотограмметрии и несколько команд автоматизации. Но даже если если вы используете для съемок качественную летающую камеру, фотограмметрия остается сравнительно простым и доступным методом. Использовать его намного проще и дешевле, если сравнивать с более сложными технологиями, включая LiDAR.

Данные о запасах месторождения, полученные методом фотограмметрии. Точность созданной трехмерной модели достигает 2-3 см по вертикали.

Еще одним преимуществом фотограмметрии является ее способность создавать высококачественные аэрофотоснимки с использованием полного спектра цветов. Так как в процессе используется видимый свет, в результате получаются карты высочайшего качества. Это в полной мере относится и к трехмерным моделям ландшафта, которые нередко используются не только по прямому назначению (в строительстве, городском планировании или других подобных сферах), но и в целях создания визуальных образов, которые выглядят очень привлекательно и могут встраиваться в рекламные материалы, видеоролики или презентации.

Однако в последние годы специалисты все чаще сталкиваются с ограничениями технологии фотограмметрии. Иногда это приводит к сокращению использования данного метода дистанционного зондирования. Говорить о резком сокращении было бы некорректно, однако проблемы существуют. Они связаны с тем, что технология полагается на применение визуальной съемки, зависит от видимого света, а также может отобразить только то, что видит камера. 

Но как быть, например, в том случае, если вам нужно получить точную карту ландшафта, скрытого густыми лесопосадками? Карта, созданная с помощью фотограмметрии, сможет лишь отобразить лесной массив (или другие объекты, скрывающие подстилающую почву). А это уже снижает качество полученного продукта и возможности его использования для принятия определенных решений. И тогда на помощь приходит технология LiDAR.

Технология LiDAR

О LiDAR и особенностях ее применения в беспилотных системах мы подробно рассказывали в статье “Как использовать беспилотные платформы, оснащенные LIDAR?”. Не имеется смысла повторяться и снова рассказывать вам о том, что такое LiDAR, поэтому сосредоточимся на том, каковы преимущества и недостатки данной технологии по сравнению с технологией фотограмметрии, а также поговорим о возможностях и ограничениях в применении LiDAR для научных и коммерческих целей.  

Схема работы LiDAR воздушного базирования. Аналогичным образом работает оборудование, установленное на беспилотниках.

Если вы не забыли, то для выполнения фотограмметрии пользователям приходится работать исключительно в условиях хорошей освещенности, т.е. технология зависит от видимого света. И вот здесь мы сталкиваемся с первым и очевидным преимуществом LiDAR – его независимостью от видимого света и универсальностью. То есть, вы можете выполнять съемку LiDAR не только днем, но и ночью или просто в условиях плохой видимости. И что еще важно, так это способность импульсов LiDAR проникать сквозь густую растительность и получать данные о состоянии рельефа, скрытого кронами деревьев или кустарником.

Один и тот же участок леса и дороги. Первый- результат обычной фотосъемки с воздуха. Второй – сканирование LiDAR. На втором снимке отчетливо просматриваются скрытые лесом военные укрепления.

Напомним, что в основе LiDAR лежит технология световых импульсов, которые позволяют в итоге создать плотное облако точек, из которых программа создает результат. Такой метод имеет явные преимущества перед фотограмметрией за счет более высокой точности и возможности получения информации, скрытой от визуальных камер. В большинстве случаев благодаря датчикам LiDAR можно создавать модели с точностью до 1 метра. Дополнительное оборудование на беспилотниках, включающее высококачественные датчики IMU и модули GNSS для повышения точности позиционирования, способствуют еще большей точности моделей, вплоть до 1 см. Такой же точности можно добиться  помощью установки нескольких наземных контрольных точек. 

Другим преимуществом технологии LiDAR является простота и скорость обработки данных по сравнению с методом фотограмметрии. Например, если вы хотите создать модели высокой точности методом фотограмметрии, то вам потребуется большое перекрытие в диапазоне от 60% до 90%. Это ведет к удлинению сроков обработки данных, а также предъявляет довольно высокие требования к аппаратному и программному обеспечению. Если же вы решили использовать для получения высокоточных моделей технологию LiDAR, то вам потребуется перекрытие в диапазоне от 20 до 30%. Опять же для обработки данных полученных методом лазерного сканирования не нужно слишком мощное оборудование и много времени.

Однако у технологии LiDAR имеется и ряд недостатков или ограничений, которые следует учесть, особенно новичкам. Во-первых, следует отметить сравнительно высокую стоимость оборудования для лазерного сканирования. На рынке сегодня представлено множество разработок от различных фирм из разных стран. Стоимость может поэтому существенно варьироваться. Но, например, датчики наиболее известных американских производителей могут стоить от 50 000 до 300 000 долларов. 

Во-вторых, весь комплекс подвесного оборудования для беспилотников будет весить достаточно много, что потребует приобретения или использования летающих платформ высокой мощности и с большими возможностями для полезной нагрузки. Например, одним из наиболее популярных вариантов до сих пор является гексакоптер DJI Matrice 600 Pro, обзор которого ранее мы делали в специальной статье. Впрочем, сегодня появляются лазерные сканеры, адаптированные под возможности серии промышленных дронов DJI Matrice 200 обеих версий и под новейший промышленный квадрокоптер DJI Matrice 300 RTK. 

Монохромное изображение окрестностей Лондона со следами укреплений эпохи железного века. Изображение получено методом сканирования LiDAR

Еще один момент, который следует учитывать тем, кто еще никогда не сталкивался с технологией LiDAR. Дело в том, что датчики LiDAR собирают данные без цвета. Это значит, что в итоге получается монохромная модель, которая не только визуально выглядит не очень привлекательно, но и затрудняет ее интерпретацию. Впрочем, современные программы позволяют раскрашивать монохромные модели, например, в зависимости от параметров высот. Это важно, если создается цифровая модель местности. Тем не менее, модели, созданные с помощью LiDAR, не подойдут для приложений, где требуется визуальный анализ, то есть, например, для риэлторов (оценка недвижимости), сельского хозяйства (оценки состояния урожая) или других подобных целей. 

Трехмерная карта, полученная путем сбора данных с помощью LIDAR и цветового наложения на основе данных о высотах. Карта выполнена для интерпретации данных о состоянии ЛЭП и ее отдельных объектов небольшого размера.

Когда лучше использовать фотограмметрию, а когда – LiDAR?

Во многих областях фотограмметрия остается единственным методом, своего рода методом по умолчанию. Причин может быть много: от специфики проектов до фактора стоимости. Многим компаниям, государственным структурам и научным подразделениям сегодня доступны качественные дроны DJI, например, Phantom 4 RTK, а также специализированное программное обеспечение для обработки данных. В таких случаях фотограмметрия остается наиболее практичным и полезным методом в картографии. Фотограмметрия также будет более удачным решением, если вам приходится вести съемку исключительно открытых зон рельефа, где нет объектов, закрывающих интересующие участки поверхности. 

Пример, когда сканирование LiDAR будет оптимальным. На снимке цифровая модель поверхности (DSM), созданная на основе данных LiDAR

Также если вам нужно создавать трехмерные модели, то нет ничего лучше, чем метод фотограмметрии. Визуальные модели в таком случае получаются с полным спектром цветов, особенно если вы использовали для съемки дрон DJI с качественной визуальной камерой. Фотограмметрия становится хорошим подспорьем, если в вашем проекте требуется визуальная оценка, например, оценка состояния рельефа или дорожные условия, но не только. Да, существуют проблемы с точностью, но их можно решить за счет применения модулей GNSS и установки наземных контрольных точек. 

Но есть обстоятельства, когда LiDAR остается по сути единственно возможным решением. Например, если в вашем проекте объект исследования содержит большое количество различных зданий, лесных насаждений или других препятствий, то фотограмметрия не поможет. И лучше будет обратиться к методу лазерного сканирования. LiDAR лучше покажет точные перепады высот или скрытые под растительностью объекты. Отсюда растущая популярность лазерного сканирования с воздуха в таких сферах, как строительство, создание и обследование инфраструктуры, археологические исследования и т.п. Наконец, как уже отмечалось, LiDAR будет единственным вариантом, если полевые исследования приходится выполнять ночью или в условиях плохой видимости. 

Обработка данных LiDAR и создание модели в специальной программе

Можно ли сочетать обе технологии?

Если каждая технология обладает определенными преимуществами и недостатками, то возникает логичный вопрос: а можно ли объединить возможности обеих технологий для получения нужных результатов? Да, такая возможность существует. Например, если вам нужно получить высокоточную, полноцветную трехмерную модель объекта, то для этого логично использовать и метод фотограмметрии, и LiDAR. Как это делается? Вы собираете данные с помощью визуальной камеры и отдельно по этому же объекту ведете съемку с помощью LiDAR. Затем в программе производите “наложение” фотографий фотограмметрии на 3D-модель, созданную LiDAR. Однако здесь следует учитывать разную степень точности технологий, что усложняет такой процесс.  Выход можно найти в использовании геоинформационных систем и объединении пространственных данных. Процесс получится достаточно трудоемким и дорогим, но в ряде крупных промышленных проектов такой подход вполне оправдан.

Заключение

Сегодня картография и трехмерные модели рельефа, создаваемые с помощью беспилотных технологий, представляют перспективное и быстро развивающееся направление. Во многом этому способствует не только общая политика цифровизации, но и быстрое развитие беспилотных технологий, их удешевление и простота работы с ними. По сравнению с традиционными методами использование дронов для картографии – это большой шаг вперед (см. статью “Все, что вам необходимо знать о геодезических исследованиях с помощью дронов”). Воздушная съемка с дронов выполняется быстрее,  стоит дешевле и часто дает более качественные данные. 

Технологии фотограмметрии и LiDAR, описанные в этой статье, представляют собой два варианта выполнения картографических исследований. Иногда они являются своеобразной альтернативой, а иногда возможно или предпочтительно использование какого-то определенного метода. Причина заключается в том, что у каждой технологии есть как собственные преимущества, так и недостатки (ограничения). Фотограмметрия дешевле и позволяет получать полноцветные модели, но характеризуется более низкой точностью и более требовательна к постобработке. С другой стороны, LiDAR – гораздо более дорогая технология, позволяющая создавать высокоточные, хотя и монохромные модели. Выбор используемой технологии во многом зависит от сферы использования и обстоятельств реализации проекта. Часто возникают варианты, когда вы можете максимизировать возможности каждой из описанных технологий.

Технологии геодезии и фотограмметрии в решении задач сохранения памятников архитектуры

В городе Великий Новгород, уникальном историческом памятнике, 21 сентября 2010 года прошел семинар «Геодезические и фотограмметрические технологии в практике обмерных и фиксационных работ в архитектуре, реставрации и инвентаризации». Семинар был организован известными в Санкт-Петербурге и на Северо-Западе России компаниями ООО «НПП «Фотограмметрия» и ЗАО «Геодезические приборы». Важное для региона мероприятие ориентировано на специалистов, работающих в области архитектуры, научной реставрации, градостроения и изысканий. На семинар были приглашены ОАО « Институт «Новгородгражданпроект», ООО Научно-реставрационная мастерская «Фреска», ОАО «Институт «Новгородинжпроект”, Новгород АГП и другие предприятия отрасли. В работе семинара приняли активное участие сорок приглашенных специалистов, представивших более двадцати организаций Великого Новгорода и Боровичей. Семинар был посвящен технологиям, основанным на совместном использовании разнообразных геодезических средств измерений и специализированных программных комплексов, а также совместном применении современной оптико- электронной геодезической техники и фотограмметрических методов в практике ведения обмерных работ применительно к задачам архитектуры и реставрации.

Специалисты ЗАО «Геодезические приборы» представили линейку приборов, являющихся составной частью передовых технологий, используемых в архитектуре и реставрации. В свою очередь, ученые и инженеры ООО «НПП «Фотограмметрия» продемонстрировали свои разработки и результаты, полученные в процессе их практического применения при решении задач реставрации значительного ряда памятников архитектуры Санкт- Петербурга и других городов России.

Для простых обмерных задач, например, таких как инвентаризация зданий и помещений, создание поэтажных планов и т.п. компанией «Геодезические приборы» был предложен комплект приборов, включающий дальномер «DISTO», снабженный беспроводным каналом связи «Bluetooth», и специализированное программное обеспечение «SiteMaster Building», позволяющее автоматически создавать поэтажные планы помещений одновременно с выполнением промеров лазерным дальномером. В результате использования такой технологии пользователь получает поэтажные планы высокой точности сразу на объекте, не производя последующей камеральной обработки.


На семинаре были рассмотрены геодезические и фотограмметрические методы, используемые в практике ведения обмерных работ в архитектуре и реставрации. Фирма «Фотограмметрия» представила обзор современных цифровых фотокамер, произвела анализ технических требований к ним, исходя из решаемых задач, и продемонстрировала оригинальную технологию фотограмметрической калибровки цифровых фотокамер и возможности программного комплекса «PhotoTransformator Professional v 3.5.» собственной разработки.

Были рассмотрены современные тахеометры марок «Sokkia» и «Торсоп», их возможности применительно к задачам обмеров архитектурных объектов, а также программное обеспечение для обработки тахеометрических изменений в архитектуре «Coordinate Transformer v 2.4.» (разработка «НПП «Фотограмметрия»). Среди прочего был представлен программный продукт «StereoTracer for AutoCAD» (разработка ООО «НПП «Фотограмметрия»), реализующий технологию стерео-фотограмметрических обмеров в системе AutoCAD с одновременным построением чертежей. При этом была продемонстрирована возможность использования построителя лазерной плоскости— прибора VEGA LP6 для фотограмметрического обмера сечений архитектурных деталей.

Особое внимание на проведенном семинаре было уделено технологии трехмерного лазерного сканирования: продемонстрирован тахеометр с функцией лазерного сканирования фирмы «Торсоп», лазерный сканер «GLS 1000» (Торсоп) и сканер IMAGER 5006 (разработка фирмы Z + F). Демонстрация техники сочеталась с показом возможностей совмещения методов лазерного сканирования и цифровой фотограмметрии для фиксации и обмеров архитектурных памятников. При этом весьма эффективен программный комплекс «ScanlMAGER», который можно рассматривать как инструмент архитектора для работы с данными трехмерного лазерного сканирования.

Проведенный семинар сопровождался показом современной техники, демонстрацией программных продуктов в действии и материалов, полученных на реальных объектах. Последующее обсуждение и подведение итогов семинара показало его актуальность и заинтересованность специалистов в освоении новых технологий. Руководители ЗАО «Геодезические приборы» и ООО «НПП «Фотограмметрия» приняли решение проводить подобные выездные семинары регулярно, и этим внести свой вклад в решение задачи модернизации отрасли, что, безусловно, будет содействовать решению более общей задачи – сохранению архитектурного наследия.

д.т.н. В.И. Глейзер
Генеральный директор ЗАО « Геодезические приборы»
к.т.н. А.Е. Войнаровский
Генеральный директор ООО «НПП «Фотограмметрия»


журнал: Реликвия (Реставрация Консервация Музеи)

выпуск: №23, 2010 год

раздел: Архитектура

статья: В. Глейзер, А. Войнаровский.

Технологии геодезии и фотограмметрии в решении задач сохранения памятников архитектуры.

распечатать

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

Google+

Фотограмметрические системы – Промышленная геодезия

При решении задач высокоточного контроля геометрии, проектирования и создания новых образцов изделий используются бесконтактные измерения. Однако при решении некоторых задач (например, для измерения и анализа сильно изогнутых труб) применение лазерных трекеров или измерительных манипуляторов (рук) невозможно из-за наличия труднодоступных мест и ограниченного пространства где можно было бы разместить оборудование. Тогда на помощь приходят фотограмметрические системы, работа которых основана на обработке изображений, полученных цифровыми камерами.

Достоинства

  • Высокая точность измерений
  • Высокая степень автоматизации процесса измерений и связанная с этим объективность их результатов
  • Высокая производительность (поскольку измеряются не сами объекты как таковые, а лишь их изображения)
  • Возможность дистанционных измерений
  • Благодаря возможности использования при измерениях сразу нескольких камер, можно отслеживать деформацию изделия в режиме онлайн или сравнить результаты с CAD­-моделью и номинальными данными

Решаемые задачи

  • Геометрический контроль размеров и формы деталей
  • Позиционирование и совмещение компонентов;
  • Анализ деформаций
  • Нагрузочные испытания
  • Сравнение с CAD-моделями
  • Контроль первых образцов
  • Определение геометрических характеристик
  • Анализ процессов в производстве
  • Анализ процессов при сборке деталей

Принцип работы

В общем случае фотограмметрическая система включает в себя 2 или более камер, расположенных в одном корпусе или одну ручную цифровую камеру, а также программное обеспечение, решающее задачи обработки изображений и расчета трехмерных координат объекта.

При выполнении фотограмметрических измерений используются специальные марки (мишени), которые впоследствии помогают при соединении между собой полученных фотографий и выполнении внешнего ориентирования цифровой камеры (определения положения и угловой ориентацию камеры в пространстве). Такие светоотражающие марки наносятся (приклеиваются) на объект съемки в те места, где необходимо выполнить измерение координат. Должен соблюдаться принцип: марки должны быть видны как минимум с двух точек съемки. После нанесения мишеней и маркеров, определяющих контрольные точки, производится съемка объекта с разных сторон и под разными углами. 

Полученные снимки загружаются в специальное ПО для выполнения обработки: определения координат X, Y, Z точек объекта, на которые нанесены светоотражающие марки, и реконструкции 3D-сцены. Достаточно крупные участки деталей произвольной формы отображаются с высоким уровнем детализации. Результатом обработки снимков является 3D-массив точек наблюдаемой области поверхности объекта (облако точек). На его основе строится твердотельная модель объекта на основе триангуляции Делоне.

Аэрокосмические съемки и фотограмметрия в МИИГАиК, профиль бакалавриата

Экзамены, минимальные баллы, бюджетные места, проходные баллы, стоимость обучения на программе Аэрокосмические съемки и фотограмметрия, Московский государственный университет геодезии и картографии

Сводная информация

202120202018

Проходной балл 2020: от 207   arrow_upward 25

Мест: 17   arrow_upward 80

в тч квота: 2

Комбинация ЕГЭ 1

ЕГЭ – мин. баллы 2021

Математика (профиль) – 39

Русский язык – 40

Предмет по выбору абитуриента (или)

Физика – 39

Информатика – 44

География – 40


Посмотрите варианты

Сводная информация

202120202018

Проходной балл 2020: от 118   arrow_downward 3

Мест: 16   arrow_upward 20

Стоимость: от 60000 ⃏

Комбинация ЕГЭ 1

ЕГЭ – мин. баллы 2021

Математика (профиль) – 39

Русский язык – 40

Предмет по выбору абитуриента (или)

Физика – 39

Информатика – 44

География – 40


Посмотрите варианты

Параметры программы

Квалификация:  Бакалавриат;

Форма обучения:   Заочная; Очная;

Язык обучения:  Русский;

На базе:  11 классов;

Срок обучения:  4 года; 5 лет;

Курс:  Полный курс;

Военная кафедра:  есть;

Общежитие:  есть;

По учредителю:  государственный;

Город:  Москва;

Варианты программы

Статистика изменения проходного балла по годам

Проходные баллы на бюджет

2019: 182

2020: 207

Проходные баллы на платное

2017: 103

2019: 121

2020: 118

О программе

По данной программе готовят специалистов для решения широкого круга задач в различных отраслях науки и техники, связанных с получением измерительной информации о местности и расположенных на ней объектах по изображениям, получаемым в результате аэрокосмической и наземной съёмки.

Дисциплины, изучаемые в рамках профиля:

  • Аэрокосмические съемки
  • Геоинформационные системы и технологии              
  • Геоморфология с основами геологии              
  • Кадастр недвижимости
  • Экология
  • Концепция современного естествознания
  • Теория математической обработки измерений
  • Высшая геодезия
  • Спутниковые системы технологии позиционирования
  • Техника и технология аэрокосмических съемок
  • Фотограмметрия
  • Современные информационные технологии создания документов о местности по данным
  • Автоматизированная обработка аэрокосмической информации
  • Фотограмметрические технологии получения и актуализации геопространственных данных
  • Проектирование баз данных
  • Геодезическое обеспечение аэро и мобильных съемочных систем
  • Метод

Средство фотограмметрии UgCS для геодезических работ

До того как аэрофотограмметрию стали проводить с помощью небольших дронов, съёмку осуществляли с самолётов, вертолётов, используя фотограмметрические камеры. Это не только дорого, но и усложняет работы, поскольку съёмка ведётся с большой высоты. Благодаря цифровому исследованию объектов с помощью беспилотников, картографирование с воздуха стало дешевле, быстрее и точнее. Когда требуется планирование задач для малых беспилотников, UgCS — это то программное обеспечение, которое нужно.Оно поддерживает большинство платформ для БПЛА и оснащено полезными функциями, например, средством фотограмметрии, средством для присвоения геометок и многими другими.

Средство фотограмметрии в наборе программ UgCS максимально облегчает планирование маршрутов. После выбора местности и ввода желаемых параметров UgCS автоматически построит маршрут. Многие параметры настраиваемы, в том числе разрешение снимков (GSD), продольное и поперечное перекрытие, автоматическое управление камерой и стабилизатором, параметр выхода за пределы области, выбор высоты — постоянная высота относительно уровня земли (AGL) или уровня моря (AMSL) — и прочие. UgCS позволяет обследовать неоднородную местность всего одним маршрутом. UgCS позволяет обследовать неоднородную местность всего одним маршрутом. Это достигается путём объединения нескольких местностей и созданием единого маршрута вместо их разделения на несколько.

На изображения, полученные во время полёта, можно ставить геометки и синхронизировать их с данными телеметрии благодаря встроенному в UgCS средству присвоения геометок. Более того, данные обо всех полётах сохраняются в UgCS, что позволяет воспроизводить их в любое время.

UgCS поддерживает импорт файлов GeoTiff. Это означает, что после прохождения маршрута геодезических работ и составления карты местности, карту можно импортировать обратно в UgCS для более точного планирования дальнейших полётов.

Большие данные в фотограмметрии и геодезии Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ПРИКЛАДНАЯ ГЕОИНФОРМА ТИКА

20. Moritz T. Geo-referencing the natural and cultural world, past and present: Towards building a distributed, peer-reviewed gazetteer system // Digital Gazetteer Information Exchange Workshop. Smithsonian Institute. October 12-14. 1999.

21. Майоров А.А., Цветков В.Я. Геореференция как применение пространственных отношений в геоинформатике // Геодезия и аэрофотосъемка. 2012. № 3. С. 87-89.

22. Paul Getty Trust Getty Thesaurus of Geographic Names Online: Place Type Looking. 2004. URL: http://www.getty.edu./research/conducting_research/vocabularies/tgn/

23. Кужелев П.Д. О применении геостатистики в науках о Земле // Науки о Земле. 2012. № 4. C. 77-81.

24. Rendu J.-M. An introduction to geostatistical methods of mineral evaluation. Technical Report. South African Institute of Mining and Metallurgy. Johannesburg, 1981.

25. Pichler G. Computer-Programme der Geostatistik. Master’s Thesis. Institut fur Statistik. Technische Universitat, Graz, Austria, 1982.

26. Майоров А.А., Матерухин А.В. Геоинформационный подход к задаче разработки инструментальных средств массовой оценки недвижимости // Геодезия и аэрофотосъемка. 2011. № 4. С. 92-97.

Spatial relations in inventories

Vasyutinskaya Stanislava Igorevna, PhD, Associate Professor, Department of Economics and Business. Faculty of Economics and management of territories, Moscow State University of Geodesy and Cartography

The article analyzes the spatial relationship as the spatial and economic factors. The article shows the role of Geoinformatics to identify and describe spatial relationships. This article describes the features of the application of spatial relations in the inventory. This article describes an example of formalization of spatial relations. The article shows that the formalization of spatial relationships helps automate and intelligent processing of inventory information

Keywords: applied geoinformatics, cadastre, spatial relationships, information models, hierarchical relationships

УДК 004.041

БОЛЬШИЕ ДАННЫЕ В ФОТОГРАММЕТРИИ И ГЕОДЕЗИИ

Андрей Иванович Павлов, канд. техн. наук, доцент, научный сотрудник экспериментально-технологического отделения № 28,

E-mail: [email protected],

НИИ оснований и подземных сооружений ОАО «НИЦ «Строительство»

Раскрывается проблема «больших данных» в фотограмметрии и геодезии. Статья описывает причины и факторы, которые ведут к появлению больших данных. Дается сравнение больших данных и обычных данных. Показано, что проблема больших данных состоит не только в больших объемах данных, но и нечеткости информации, сложности информационных моделей и требовании оперативной обработки. Дается анализ инструментария, применяемого при обработке больших данных.

Ключевые слова: данные, большие данные, сложность, методы обработки, фотограмметрия, геодезия, информационные технологии

Введение. Проблема «больших данных» (BigData) [1-4] в явной форме обсуждается в последние 7-8 лет. Ее связывают, в первую очередь, с большими объемами данных. К ней присовокупляют еще ряд факторов, таких как необходимость обработки слабо структурированных и неструктурированных данных больших объёмов. Формально, появление термина отмечают 2008 годом, с работами Клиффорда Линча – редактора журнала Nature [5].2015’4(12)

ПРИКЛАДНАЯ ГЕОИНФОРМА ТИКА

лись специалисты в области дистанционного зондирования Земли более 50 лет назад [7, 8].

Тогда она была узкоспециальной. Но в явной форме эта проблема открылась лишь в последние годы для бизнес-аналитиков и журналистов, что и привело к их повышенному вниманию к этому явлению и появлению соответствующего термина.

Однако, бросая взгляд в историю человечества, можно констатировать, что данная проблема является условной. Она отражает невозможность на определенном этапе развития обрабатывать большие объемы или сложные данные данных существующими теоретическими и технологическими средствами [4]. На протяжении развития человечество получает информацию в информационном поле [9]. Глубина поиска в этом поле определяется инструментариями и теорией. По мере проникновения в это поле возникают ситуации, когда теории не хватает для описания и для обработки новых данных.

При этом надо констатировать, что процесс накопления знаний включает накопление явных и неявных знаний. В последующем неявные знания также трансформируются в явные знания. По мере накопления данных и опыта происходит формирование накопление явных и неявных знаний, а также совокупности описаний объектов, явлений и процессов.

Процесс извлечения информации и данных всегда включал два этапа: первичный и вторичный. Первичное описание включает измерения и получения данных как таковых. Оно включает формирование количественных и качественных свойств, характеристик объектов. Вторичная обработка детализирует и уточняет описание и включает формирование моделей, признаков и отношений между ними. Это описание представляет собой информационные ситуации, в которых находятся объекты исследования. Чем сложнее ситуация и объект исследования, тем большего количества формальных параметров и отношений между ними требует его описание. Это влечет рост объемов и сложности информационных конструкций, описывающих такие объекты и ситуации.

Рост объемов собираемой информации и требование ее обработки и хранения делают актуальным исследования в области методов и алгоритмов анализа больших и сверхбольших наборов данных. В работе [10] предполагается, что выявление закономерностей в больших массивах данных становится также инструментом исследования и получения новых знаний. Рост объемов данных характерен как для IT-компаний, так и для научной сферы[11]. Рост объемов данных и появление больших данных имеет место в самых различных областях [12]. Поскольку проблема больших данных первоначально появилась в Науках о Земле, то она не исчезла и теперь. Это определяет актуальность исследования этой проблемы в геодезии и фотограмметрии как характерных направлениях, связанных с появлением и обработкой больших данных.

Описание больших данных. Описания и модели больших данных, применяемых в науке и технологиях требуют проведения исследований и разработок, направленных на разработку масштабируемых аппаратных и программных решений. Пока пределом возможностей приложений, ориентированных на обработку больших объемов данных, являются петабайтные коллекции данных и гигабайтные потоки данных. В аспекте существующей тенденции ожидаются еще большие масштабы и объемы данных.

При работе с большими данными, приходится сталкиваться со следующими модификациями этой проблемы: большие объемы данных [1], интенсифицированные потоки данных, существенное сокращение допустимого времени анализа данных, предел времени для принятия решений при большом количестве данных [4], возрастание морфологической сложности моделей, возрастание структурной сложности [12] моделей и систем, возрастание вычислительной сложности [12], относительный рост слабоструктурированной исходной информации, относительный рост нечеткой

Образовательные ресурсы и технологии^2015’4(12)

97

ПРИКЛАДНАЯ ГЕОИНФОРМА ТИКА

информации, рост потребностей в параллельных вычислениях [5] и т.д. Упрощенно проблемы работы с данными большого объема приведены в таблице 1, в которой дается качественное сравнение обычных данных и больших данных.

Таблица 1

Сравнительные характеристики больших данных

Характеристика Обычные данные Большие данные

Формат Однородный Неоднородный

Объем Мегабайты гигабайты Петабайты

Распределенность данных нет есть

Тип задачи Первого рода Второго рода

Тип моделей решателей Алгоритмические Статистические

Тип моделирования Имитационное моделирование Стохастическое

Топологическая сложность Приемлемая Высокая

Вычислительные ресурсы Обычные Повышенной мощности

Приложения, ориентированные на обработку больших объемов данных, имеют дело с наборами данных, имеющими информационные объемы от нескольких терабайт до петабайта. На практике эти данные поступают в разных форматах и часто распределены между несколькими приложениями. Обработка больших объемов данных обычно происходит в режиме многошагового аналитического конвейера, включающего стадии преобразования, обработки и интеграции обработанных данных.

Требования к скорости вычислений обычно почти линейно возрастают при росте объема данных. Часто такие вычисления осуществляют на основе предварительного распараллеливания данных и последующей параллельной обработке. К основным техническим проблемам больших вычислений относятся управление данными, методы фильтрации и интеграции данных, эффективная поддержка запросов и распределения данных.

Особо следует подчеркнуть, что проблема распределения данных сама по себе создает проблемы даже при не очень большом объеме. Это мотивирует разработку специальных пространственных моделей данных [13], которые включают свойство распределения в пространстве.

Источники больших данных в геодезии и фотограмметрии. Неявные знания как источник появления больших данных. Сами по себе неявные знания [14, 15] характеризуются слабой структурированностью, что является признаком «больших данных». Особенность получения информации при аэрофотосъемке и, особенно, при дистанционном зондировании в том, что данные первоначально накапливают и спустя какой-то временной период начинают обрабатывать. При этом на аэрокосмических снимках могут содержаться изображения непонятных явлений и сложных комбинаций разных объектов.

При аэрокосмической съемке изображение формируется как совокупность наложенных друг на друга объектов. Например, облака могут закрывать часть территории, при фотографировании водной поверхности она становится прозрачной на определенную глубину и все объекты в пределах видимости отпечатываются как на одном слое изображения.

Сложность как источник больших данных.2015’4(12)

ПРИКЛАДНАЯ ГЕОИНФОРМА ТИКА

Различают разные сложности одного и того же объекта:

• структурная сложность объекта [12];

• сложность процессов, в которых участвует объект [17];

• сложность получения решения в допустимое время – временная сложность [18, 19];

• сложность, обусловленная ограниченным объемом памяти вычислительной системы при больших объемах перерабатываемой информации – ёмкостная сложность [19];

• сложность определения положения в пространстве – пространственная сложность позиционирования;

• сложность формы объекта – морфологическая сложность;

• сложность ситуации, в которой находится объект – ситуационная сложность;

• сложность позиции, в которой находится объект – позиционная сложность;

• сложность декодирования объекта [12] – криптографическая сложность;

• сложность описания явления, с которым взаимосвязан объект;

• сложность теории, описывающей поведение объекта, и т.д.

Следовательно, для полноты исследования можно говорить об «обобщенной сложности» объекта и об «атрибутивной сложности».

Общие характеристики больших данных. Для характеристики «больших данных» часто применяют критерий «три V»: объём (volume – v1), скорость (velocity – v2), многообразие (variety – v3), К этому необходимо добавить сложность [12, 19] (covplex -cl).

Обработка серий фотоснимков, как и в 60-е годы приводит к получению файлов большого объема. Ситуация усугубляется появлением сканеров высокого разрешения, что на порядки повышает информационную емкость снимков и создает проблему их обработки. В чистом виде проблема больших данных появляется при создании и ведении мультимасштабных карт [20].

Критерий vl проявляется в области наук о Земле при хранении гигабайтных и терабайтных файлов. Это встречается при работе с мультимасштабными картами [20] и банками пространственных данных [21].

Критерий v2 проявляется в области наук о Земле при уравнивании больших систем уравнений [22]. Этот критерий проявляется также при оперативном управлении подвижными объектами.

Критерий v3 проявляется в области наук о Земле при моделировании сложных систем [23] большого территориального охвата. Он также проявляется при семантическом анализе информационных объектов [24]. Критерий с1 проявляется в области наук о Земле при топологическом анализе сложных транспортных и иных сетей [25].

Выводы. Возникновение проблемы больших данных можно рассматривать как отражение процессов глобализации. Анализ данных больших объемов требует привлечения технологий и средств реализации высокопроизводительных вычислений. Основными факторами проблемы являются, в первую очередь, сложность, и, во-вторую – физический объем информационной коллекции. Большие объемы данных порождают проблемы при формировании информационных ресурсов из таких данных. По существу большие данные являются новой формой информационного барьера [4]. Большие данные качественно отличаются от обычных данных тем, что создают семантический разрыв при их обработке и анализе. Большие данные, с одной стороны, обуславливают постановку и решение новых задач [26], с другой стороны – развитие интегрированных и комплексных систем и технологий. Преувеличенное внимание к «большим данным» со стороны журналистов и бизнесменов обусловлено отсутствием практики преодоления информационных барьеров и рассмотрением этого явления как совершенно нового, в то время как оно периодически появляется в развитии человечества и «новым» является не само явление, а «новое качество» известного явления. С познавательной точки зрения преодоление информационного барьера «большие данные» способствует развитию познания окружающего мира и построению его целостной картины.

Образовательные ресурсы и технологии^2015’4(12)

99

ПРИКЛАДНАЯ ГЕОИНФОРМА ТИКА

Литература.

1. Майер-Шенбергер В., Кукьер К. Большие данные: Революция, которая изменит то, как мы живем, работаем и мыслим. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2014. 240 с.

2. Черняк Л. Большие данные – новая теория и практика // Открытые системы. СУБД. 2011. № 10. С. 18-25.

3. Jacobs,A. The pathologies of big data // Communications of the ACM. 2009. Т. 52. № 8. Р. 36-44.

4. Tsvetkov V.Ya., LobanovA.A. Big Data as Information Barrier // European Researcher. 2014. Vol.(78). № 7-1. Р. 1237-1242.

5. LynchC. Bigdata. How do your data grow? // Nature. 2008. Т. 455. № 7209. Р. 28-29.

6. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики. М.: Наука, 1987. 557 с.

7. Космические исследования земных ресурсов. Методы и средства измерений и обработки информации. М.: Наука, 1976. 386 с.

8. Цветков В.Я. Методы и системы обработки и представления видеонформации. М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1991. 113 с.

9. Цветков В.Я. Естественное и искусственное информационное поле // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 5. Ч. 2. С. 178-180.

10. The Fourth Paradigm: Data-Intensive Scientific Discovery, 2009. URL:

http://research.microsoft.com/enus/collaboration/fourthparadigm

11. LoekEssers: CERN pushes storage limits as it probes secrets of universe. URL: http://news.idg.no/cw/art.cfm?id=FF726AD5-1A64-6A71-CE987454D9028BDF

12. Tsvetkov V.Ya. Complexity Index // European Journal of Technology and Design. 2013. Vol.(1). № 1. Р. 64-69.

13. Tsvetkov УАа. Spatial Information Models // EuropeanResearcher. 2013. Vol.(60). № 10-1. Р. 2386-2392.

14. Polanyi M. The tacit dimension. London: Routledge and Kegan Paul. 1966.

15. Сигов А.С., Цветков В.Я. Неявное знание: оппозиционный логический анализ и типологизация // Вестник Российской Академии Наук. 2015. Т. 85. № 9. С. 800-804. DOI: 10.7868/S0869587315080319.

16. Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Соловьёв И.В., Цветков В.Я. Основы управления сложной организационно-технической системой. Информационный аспект. М.: МаксПресс, 2010. 228 с.

17. Вьюгин В.В. Колмогоровская сложность и алгоритмическая случайность. М.: ИППИ РАН, 2012. 131 с.

18. Tsvetkov V.Ya. Multipurpose Management // European Journal of Economic Studies. 2012. Vol.(2). № 2. Р. 140-143.

19. АдигеевМ.Г. Введение в теорию сложности. Ростов н/Д.: РГУ, 2004. 35 с.

20. Цветков В.Я., Железняков В.А. Мультимасштабная электронная карта как основа системы учёта земель // Государственный советник. 2014. № 1. С. 28-37.

21. Железняков В.А. Интеллектуальное обновление информации в банке геоданных // Инженерные изыскания. 2012. № 5. С. 58-61.

22. Михайлович К. Геодезия (уравнительные вычисления) / пер. С.В. Лебедева; под ред. ВД Большакова. М.: Недра, 1984.

23. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977.

24. Цветков В.Я. Семиотический подход к построению моделей данных в автоматизированных информационных системах // Геодезия и аэрофотосъемка. 2000. № 5. С. 142-145.

25. СвамиМ., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы. М.: Мир, 1984. Т. 198.

26. Herodotou H. et al. Starfish: A Self-tuning System for Big Data Analytics // CIDR. 2011. Т. 11. Р.261-272.

Big data photogrammetry and geodesy

Audrey Ivanovich Pavlov, Ph.D., Associate Professor

Researcher experimental technology department number 28, Institute of Foundations and underground structures of «SIC» Construction, E-mail: [email protected]

This article describes the problem of «big data» in the photogrammetry and geodesy.2015’4(12)

Что такое фотограмметрия? – Геодезические системы, Inc

Прежде чем приступить к описанию работы системы V-STARS, мы дадим краткое введение в фотограмметрию для тех, кто не знаком с этой технологией.

Основным принципом фотограмметрии является триангуляция. Делая фотографии, по крайней мере, из двух разных мест, можно развить так называемую «линию обзора» от каждой камеры к точкам на объекте. Эти линии обзора (иногда называемые лучами из-за их оптической природы) математически пересекаются для получения трехмерных координат точек интереса.Триангуляция также является принципом, используемым теодолитами для измерения координат. Если вы знакомы с этими инструментами, вы найдете много общего (и некоторые различия) между фотограмметрией и теодолитами. Еще ближе к дому триангуляция – это способ, которым ваши два глаза работают вместе, чтобы измерить расстояние (так называемое восприятие глубины).

Этот праймер разделен на две части. Фотография описывает фотографические принципы, используемые в фотограмметрии, в то время как метрология описывает методы получения трехмерных координат из двухмерных фотографий.

Фотография, конечно же, необходима для проведения фотограмметрических измерений. Чтобы обеспечить высокую точность, надежность и автоматизацию системы, фотографии должны быть самого высокого качества. К счастью, из-за дизайна системы.

Три основных критерия хорошей фотографии:

  1. Поле зрения
  2. Фокусировка
  3. Экспозиция

Поле зрения камеры определяет, насколько она видит, и является функцией фокусного расстояния объектива и размера (часто называемого форматом) цифрового датчика.Для данного объектива датчик большего формата имеет большее поле зрения. Точно так же для датчика данного размера объектив с меньшим фокусным расстоянием имеет более широкое поле зрения. Соотношение между размером формата, фокусным расстоянием объектива и полем зрения показано ниже:

Стандартные линзы, доступные с V-STARS, представляют собой так называемые среднеугольные линзы с широким полем обзора около 50 °. Чем шире поле зрения, тем больше вы видите из определенного места. Удобное практическое правило для линз со средним углом состоит в том, что вам обычно нужно отойти от объекта на такое расстояние, которое соответствует его размеру.Например, вы отойдете примерно на три метра (десять футов) назад, чтобы увидеть трехметровый (десять футов) объект.

В общем, существует компромисс между полем зрения объектива и точностью. Хотя для широкоугольных объективов требуется меньше места вокруг объекта, они также имеют тенденцию быть менее точными. (Причины этого выходят за рамки этого введения.) Таким образом, вы обычно хотите использовать объектив с максимально длинным фокусным расстоянием, которое вы можете. Среднеугольные объективы, поставляемые с V-STARS, представляют собой хороший компромисс между полем зрения и точностью.

Одно из соображений при обычной фотографии – это, конечно, фокусировка объектива, чтобы изображение было резким. Диапазон приемлемой резкости называется глубиной резкости. Глубина резкости объектива зависит от многих факторов, в том числе от фокусного расстояния объектива, размера формата, расстояния от камеры до объекта, размера объекта и числа f объектива. . Как вы можете понять по всем перечисленным выше факторам, глубина резкости может быть сложной функцией.

V-STARS был разработан таким образом, чтобы изображения были в приемлемом фокусе для точек от 0.5 метров (20 дюймов) и 60 метров (200 футов) от камеры. Фиксация фокуса эффективно устраняет проблему глубины резкости.

Экспозиция камеры

Для фотограмметрии желательно сделать мишени светлыми, а фон тусклым. При использовании световозвращающего наведения экспозиции цели и фона практически полностью независимы друг от друга. Целевая экспозиция полностью определяется мощностью вспышки, в то время как экспозиция фона определяется окружающим освещением.Величина экспозиции фона регулируется выдержкой.

Отсутствие фоновой засветки упрощает поиск и измерение целей. Однако, если вообще нет фонового изображения, попытка выяснить, какая цель является какой, может быть трудной. Обычно достигается компромисс, и экспозиция фона устанавливается так, чтобы объект был достаточно тусклым, чтобы не мешать измерению цели, но все же достаточно ярким, чтобы его можно было увидеть при увеличении.

Экспозиция фона

Время срабатывания затвора используется для управления экспозицией фона.Когда камера отключена, время срабатывания затвора выбирается с помощью переключателей режимов, которые расположены в верхней части камеры рядом с дисплеем. Доступное время срабатывания затвора на INCA2 составляет от 8 миллисекунд до 8 секунд.

Камера INCA2 имеет функцию автоматической экспозиции, которую можно использовать для автоматической установки выдержки. По умолчанию используется автоматическая экспозиция. Если выбран режим АВТО экспозиция, экспозиция затвора устанавливается автоматически при первой съемке в задании.
Целевая экспозиция
Мощность вспышки для целевой экспозиции зависит от расстояния от камеры до целей и размера цели.

На следующей диаграмме показаны рекомендуемые настройки мощности вспышки на различных расстояниях. Если вы снимаете объект секциями, используйте размер секций. В таблицах предполагается, что используется рекомендуемый целевой размер (который также указан). Если цели меньше этого, вы можете увеличить мощность вспышки на один шаг, чтобы компенсировать это.

В таблицах предполагается, что с INCA используется стандартное f-число объектива F11. Важно проверить объектив и убедиться, что для него установлено значение f11, значение по умолчанию для объектива.

Метрология – вторая часть фотограмметрии

Фотография в самом широком смысле – это процесс преобразования реального трехмерного мира в плоские двухмерные изображения. Камера – это устройство, которое выполняет это преобразование или отображение из 3-х измерений в 2-х измерения. К сожалению, мы не можем полностью отобразить трехмерный мир в двух измерениях, поэтому некоторая информация теряется (в первую очередь, глубина).

Фотограмметрия в самом широком смысле переворачивает описанный выше фотографический процесс. Он преобразует или отображает плоские двухмерные изображения обратно в реальный трехмерный мир. Однако, поскольку информация теряется в фотографическом процессе, мы не можем полностью реконструировать трехмерный мир с помощью всего лишь одной фотографии. Как минимум, нам нужны две разные фотографии, чтобы воссоздать трехмерный мир. Если бы этот процесс был идеальным, две фотографии – это более чем достаточно информации, чтобы полностью воссоздать трехмерный мир, который они представляют.К сожалению, процесс фотосъемки и измерения не идеален, поэтому реконструкция трехмерного мира также несовершенна. Однако мы можем сделать больше фотографий и использовать дополнительную информацию в них для улучшения процесса. Трехмерные координаты, которые мы получаем из измерений нескольких фотографий, являются конечным результатом фотограмметрии.

Фотограмметрия использует основной принцип триангуляции, согласно которому пересекающиеся линии в пространстве используются для вычисления местоположения точки во всех трех измерениях.Однако для триангуляции набора точек необходимо также знать положение камеры и углы наведения (вместе называемые ориентацией) для всех изображений в наборе. Это делает процесс, называемый резекцией. Наконец, поскольку камера V-STARS является прецизионным измерительным прибором, ее необходимо откалибровать, чтобы можно было определить и устранить ее ошибки. Одной из самых мощных функций V-STARS является его способность производить калибровку камеры в качестве побочного продукта измерения в процессе, называемом самокалибровкой.

Хотя каждый из этих методов лучше всего описывать по отдельности, на самом деле все они выполняются одновременно в процессе, называемом корректировкой пакета.

Триангуляция – это принцип, используемый фотограмметрией и теодолитами для получения трехмерных точечных измерений. Математически пересекая сходящиеся линии в пространстве, можно определить точное местоположение точки. Однако, в отличие от теодолитов, фотограмметрия может измерять несколько точек одновременно, практически без ограничений на количество одновременно триангулированных точек.

В случае теодолитов измеряются два угла, чтобы получить линию от каждого теодолита. В случае фотограмметрии для получения этой линии измеряется двухмерное (x, y) положение цели на изображении. Делая снимки, по крайней мере, из двух разных мест и измеряя одну и ту же цель на каждом снимке, создается «линия прямой видимости» от каждого местоположения камеры до цели. Если местоположение камеры и направление прицеливания известны (мы описываем, как это делается в разделе «Обратная засечка»), линии можно математически пересечь, чтобы получить координаты XYZ каждой целевой точки.

Обратная засечка – это процедура, используемая для определения конечного положения и наведения (так называемой ориентации) камеры при съемке. Обычно для определения этой ориентации используются все точки, которые видны и известны в XYZ на изображении.

V-STARS использует операцию AutoStart или SuperStart для получения предварительной ориентации камеры. Эта ориентация основана на AutoBar или любых известных закодированных целях.

Для сильной резекции у вас должно быть не менее двенадцати хорошо распределенных точек на каждой фотографии.Если в вашем измерении не так много точек или они плохо распределены, рекомендуется добавить точки. Точки, которые добавляются для усиления решения, называются «заполняющими» точками.

Если координаты XYZ точек на объекте известны (мы описываем в разделе «Триангуляция», как это делается), мы можем вычислить ориентацию камеры. Важно понимать, что необходимы как положение, так и направление прицеливания камеры. Недостаточно знать только положение камеры, поскольку камера может находиться в одном и том же месте, но быть направленной в любом направлении.Следовательно, мы должны знать положение камеры, которое определяется тремя координатами, и куда она направлена, что определяется тремя углами. Таким образом, хотя для определения целевой точки необходимы три значения (три координаты для ее положения), нам нужно шесть значений для определения изображения (три координаты для положения
и три угла для направления прицеливания).

Хотя камеры и объективы, используемые в системе V-STARS, имеют высочайшее качество, они все же должны быть точно откалиброваны, чтобы удалить ошибки, присутствующие в системе.Некоторые из этих терминов ошибок можно описать с точки зрения их физической причины, в то время как другие получены более эмпирическим путем. В любом случае, все эти условия ошибок автоматически решаются V-STARS вместе с координатами XYZ целевых точек и ориентацией (положением и углами прицеливания) каждого изображения в процессе, называемом настройкой пакета.

Эта способность калибровать камеру в качестве побочного продукта измерения называется самокалибровкой и означает, что камера будет откалибрована во время измерения и в существующих условиях окружающей среды (температура, влажность и т. Д.)) во время измерения. Это намного лучше, чем полагаться на старую и, возможно, устаревшую лабораторную калибровку, которая могла быть сделана в совершенно иных условиях, чем существовала во время измерения.

Существуют определенные требования, которые должны быть выполнены для самокалибровки камеры, но обычно их легко выполнить. Во-первых, измерение должно иметь то, что называется разнесением валков. Обычно это означает, что вы должны сделать несколько снимков с камерой в горизонтальном положении и несколько фотографий с камерой в вертикальном положении.Хотя вы получите лучшие результаты, если сделаете примерно половину снимков в одну сторону, а половину – в другую, это не критично. Важно то, что у вас должно быть хотя бы одно изображение, повернутое примерно на 90 ° иначе, чем другие.
Если вы этого не сделаете, вы не сможете выполнить самокалибровку камеры. Вместо этого вам придется полагаться на уже существующую калибровку, которая менее надежна и менее точна.

Второе требование – вы должны отмерить минимальное количество фотографий, сделанных из минимального количества разных мест.Вы должны измерить не менее шести фотографий, если объект двухмерный (объект по существу плоский), или четыре фотографии, если объект трехмерный. Кроме того, фотографии должны быть сделаны как минимум из трех разных мест. Поскольку для большинства работ требуется, по крайней мере, такое количество снимков, обычно нет причин не откалибровать камеру самостоятельно. Фактически, мы настоятельно рекомендуем вам всегда делать достаточно снимков для самокалибровки камеры, потому что это очень быстро и легко сделать и измерить дополнительные фотографии.

Последнее требование – у вас должно быть минимальное количество хорошо распределенных точек на каждой фотографии и для всего измерения. В частности, у вас должно быть не менее двенадцати хорошо распределенных точек на каждой фотографии и не менее двадцати точек для всего измерения. Хорошо распределенный означает, что точки распределены довольно равномерно по всей фотографии. Гораздо лучше, например, иметь двенадцать точек, равномерно распределенных по всему изображению, чем собирать пятьдесят точек вместе в одной небольшой области.Если вам не нужно такое количество точек для измерения или они плохо распределены, мы рекомендуем вам добавить точки к измерению. Как вы увидите, добавить дополнительные точки к измерению очень быстро и легко, так что не стесняйтесь делать это.

Bundle Adjustment – это программа, которая обрабатывает фотографические измерения для получения окончательных координат XYZ всех измеренных точек. Для этого он должен выполнить триангуляцию целевых точек, выполнить повторную привязку изображений и выполнить самокалибровку камеры.Программа регулировки связки называется STAR, что означает самокалибровка, триангуляция и обратная засечка.

Реальная сила настройки связки состоит в том, что она может выполнять все три действия одновременно. Если вы просмотрите описания триангуляции и резекции, выяснится, что существует проблема. Чтобы провести триангуляцию измеренных точек, мы должны знать ориентацию изображений.

Однако, чтобы сориентировать изображения, мы должны знать координаты измеренных точек.С чего начать? Ответ заключается в том, что пакетная регулировка позволяет вычислять их одновременно, а также выполнять самокалибровку камеры! Отсюда и происходит настройка пакета имен, потому что он связывает все эти вещи вместе и решает их все одновременно.

Тем не менее, для регулировки связки требуется небольшая помощь. Чтобы начать работу, он должен иметь предварительную ориентацию для каждой фотографии. Эта предварительная ориентация выполняется с помощью процедур AutoStart или SuperStart, которые выполняются для каждой фотографии.

Когда STAR закончил, он выдает следующее:

1. Координаты XYZ (и оценки точности) для каждой точки

2. Координаты XYZ и 3 угла прицеливания (и оценки точности) для каждого изображения.

3. Параметры калибровки камеры (и оценка их точности).

V-STARS в режиме одиночной камеры обеспечивает точность, сравнимую с точностью, достигаемой другими крупногабаритными высокоточными системами измерения координат, такими как цифровые теодолиты, координатно-измерительные машины (КИМ) и лазерные трекеры.Типичная точность составляет от 25 до 50 микрон (от 0,001 до 0,002 дюйма) на объекте размером 3 метра (десять футов) для INCA2 и от 50 до 100 микрон (от 0,002 дюйма до 0,004 дюйма) на объекте размером 3 метра (десять футов) для система E3.

Однако точность фотограмметрических измерений может значительно различаться, поскольку точность зависит от нескольких взаимосвязанных факторов. Наиболее важные из них:

1. Разрешение (и качество) камеры, которую вы используете,
2. Размер объекта, который вы измеряете,
3.Количество снимков, которые вы делаете,
и 4. Геометрическое расположение снимков относительно объекта и друг относительно друга.

На приведенной ниже диаграмме показано влияние четырех факторов и их влияние на точность.

Диаграмма представляет собой пирамиду с четырьмя факторами в основании пирамиды и высокой точностью на вершине пирамиды. Чтобы получить более высокую точность (более высокая пирамида), вам нужно больше элементов, отображаемых на линиях пирамиды (более высокое разрешение, меньший размер, больше фотографий и более широкая, но не слишком широкая геометрия).См. Приложение A. – «Насколько точен V-STARS?»

Фотограмметрические измерения по своей сути безразмерны. Пример этого показан ниже. Изображение первого автомобиля могло быть изображением автомобиля в натуральную величину или модели спичечного коробка; нет возможности сказать. Однако, если мы знаем размер чего-то, что также изображено на картинке, теперь мы можем сказать кое-что о размере автомобиля. (Теодолиты – еще одна безразмерная технология).

Чтобы масштабировать фотограмметрическое измерение, у нас должно быть хотя бы одно известное расстояние.Если мы заранее знаем фактические координаты некоторых целевых точек, мы можем вычислить расстояния между этими точками и использовать их для масштабирования измерения. Другой вариант – использовать приспособление с мишенями и измерять их вместе с объектом. Расстояние между целями на шкале известно и может использоваться для масштабирования измерения. Такие приспособления обычно называют масштабными линейками.

См. Также прикрепление линейки (-ов) шкалы и вопросы в Приложении A относительно шкалы.

По возможности следует использовать более одного расстояния для масштабирования измерения. V-STARS объединяет отдельные измерения шкалы для обеспечения более высокой точности шкалы. Что еще более важно, это позволяет вам находить ошибки масштабирования. Это важно, потому что, когда используется одно масштабное расстояние и оно является ошибочным, все измерение будет масштабировано неправильно. С другой стороны, если у вас есть несколько масштабных расстояний, ошибки масштабирования могут быть обнаружены и устранены. С двумя известными расстояниями, если одно из них ошибочное, вы сможете обнаружить ошибку масштабирования, но обычно вы не можете определить, какое из них ошибочное.(Иногда, однако, это можно сказать, проверив точки шкалы). С тремя известными масштабными расстояниями вы обычно можете определить, является ли одно из них ошибочным, и удалить его.

Когда используются масштабные линейки, одним из хороших приемов является использование линейки с более чем двумя целями. Другой способ – использовать более одной масштабной линейки. В качестве альтернативы вы можете использовать оба метода. Это зависит от вас, но по возможности следует использовать несколько масштабных расстояний.

Масштабное расстояние (и) должно быть настолько длинным, насколько это возможно, потому что любая неточность в масштабном расстоянии (ах) увеличивается пропорционально соотношению размера объекта к масштабному расстоянию.Например, если масштабное расстояние в один метр (40 дюймов) используется для объекта размером 10 метров (400 дюймов), а масштабное расстояние имеет ошибку 0,1 мм (0,004 дюйма), то объект будет иметь десятикратную погрешность, или 1 мм (0,040 дюйма).

В некоторых случаях измерение может не нуждаться в точном масштабировании. Например, для некоторых измерений поверхности или формы не требуется точный масштаб. В этом случае вы можете использовать номинальные расстояния для масштабирования или использовать AutoBar для масштабирования. Однако AutoBar слишком мал для точного масштабирования измерения.

Независимо от того, какое измерение вы выполняете, измерение с помощью V-STARS обычно состоит из следующих шагов.

1. Планирование измерений
2. Наведение на объект
3. Фотосъемка
4. Измерение изображений
5. Обработка изображений (для получения трехмерных координат)
6. Анализ результатов (манипулирование результатами для проверки и визуализации результаты)

Приведенный выше список является общим руководством. Однако каждый проект измерения отличается, и поэтому содержание и даже иногда порядок шагов, указанных выше, могут отличаться в зависимости от требований проекта, а иногда и предпочтений оператора.Например, в некоторых проектах вы сначала делаете все снимки (обычно для минимизации времени на месте), а затем измеряете их, в то время как в других вы будете измерять каждый снимок после того, как он был сделан. В других проектах вы будете снимать и измерять некоторые изображения, а затем обрабатывать их, чтобы получить предварительные результаты, чтобы упростить измерение оставшихся изображений. Тем не менее, все вышеперечисленные шаги так или иначе выполняются в каждом проекте. Каждый из этих шагов подробно описан в следующих главах.

Правильное планирование необходимо для успешного измерения. Это особенно верно, если измерение является сложным или если это первый раз, когда вы выполняете именно этот тип измерения. Чтобы правильно спланировать, у вас должна быть информация об измерении. Используйте следующий список вопросов, чтобы помочь вам спланировать измерение.

V isibility – Можно ли увидеть достопримечательности на объекте? Помните, что V-STARS – это технология «прямой видимости», основанная на триангуляции.Это означает, что для измерения точки должны быть видны как минимум из двух разных мест. Для большей точности точки должны быть видны из самых разных мест и более чем из двух мест. (Подробнее о том, как геометрия и количество фотографий влияют на точность, см. В разделе «Точность измерения»).

Также помните, что V-STARS никогда не измеряет достопримечательности напрямую. Вместо этого V-STARS измеряет светоотражающие цели, которые расположены на интересующих точках или находятся в известной взаимосвязи с ними.Если точка интереса не может быть видна напрямую, часто может быть изобретена некоторая форма смещения цели для косвенного измерения точки.

S Размер и форма – Каковы размер и форма объекта? Размер и форма (выпуклая, вогнутая, односторонняя, многосторонняя и т. Д.) Будут определять, насколько сложным будет измерение, сколько места вам понадобится вокруг объекта и уровень точности, который вы можете получить. Размер и форма также определяют, какой тип и размер будут использоваться.

T argeting – Можно ли нацеливать точки интереса на объекте? Если они не могут, вы должны использовать другой метод (например, V-STARS в режиме нескольких камер с использованием сенсорного щупа, подробности см. В руководстве V-STARS / M). Ориентация на объект для получения желаемых размеров часто может быть одним из самых сложных и трудоемких аспектов проекта. См. Раздел «Таргетинг» для получения дополнительной информации.

A ccuracy – Какой уровень точности желателен или требуется? Обратите внимание, что используются оба термина: желаемый и требуемый.Важно различать, какой уровень точности требуется и какой уровень точности является приемлемым. Выполнение большего количества снимков может значительно повысить фотограмметрическую точность. Важно понимать, что это повышение точности приведет к уменьшению отдачи.
Этот компромисс необходимо учитывать при принятии решения о том, сколько фотографий сделать. Более подробную информацию о факторах (включая количество фотографий), влияющих на точность, см. В разделе «Точность измерения».

Также важно четко и недвусмысленно определить уровень точности.Есть много способов указать точность. Например, указанная точность является абсолютным диапазоном (что означает, что ни одно значение не должно выходить за пределы всего диапазона), или это среднеквадратичное значение (что означает, что в среднем 67% значений будут в пределах плюс или минус спецификации точности).

R oom – Сколько места вокруг объекта? Этот вопрос снова касается видимости. Количество места вокруг объекта будет определять, осуществим ли проект, а если да, то в какой-то степени определяет количество сделанных вами фотографий.Помните, что для стандартного среднеугольного объектива с V-STARS, практическое правило заключается в том, что вы будете видеть примерно столько же объекта, сколько находитесь на расстоянии от него. Например, если вы находитесь на расстоянии 3 метров от объекта, вы можете видеть около 3 метров объекта. Если недостаточно места для просмотра всего объекта на фотографии, вы все равно можете измерить объект, сфотографировав его на перекрывающихся участках (этот метод называется мозаикой), но это усложняет измерение.

S cale – Будут ли использоваться весы? Если да, то как это будет применяться к объекту? Хотя поначалу это может показаться немного тривиальным, выяснение того, где разместить масштабную линейку, чтобы они не блокировали цели или сами блокировались, может быть одним из наиболее сложных аспектов измерения.Добавьте к этому тот факт, что желательно, чтобы масштабная линейка была примерно равной длине объекта, который вы измеряете, и что она должна быть жестко прикреплена к объекту, и что если масштаб важен, мы рекомендуем использовать несколько масштабных расстояний, и эта, казалось бы, тривиальная задача иногда может быть просто пугающей. См. Раздел «Масштабирование фотограмметрии» и вопросы по шкале в Приложении A.

Все системы координат должны использовать некоторую рабочую систему координат. V-STARS автоматически определяет локальную систему координат, которая использует систему координат, определенную первым измеренным вами изображением.Если используется AutoBar, измерение V-STARS выполняется в системе координат, определенной AutoBar. Это показано на соседнем изображении. Если AutoBar не используется, V-STARS использует систему координат в выбранном вами файле драйвера. В любом случае все изображения и измерения затем определяются в локальной системе координат. Обычно эта локальная система не является окончательной системой координат, желаемой пользователем.

Ваш план должен включать способ определения желаемой пользовательской системы координат.В некоторых случаях достаточно локальной системы координат, определенной V-STARS. В других случаях вы должны преобразовать эту локальную систему в желаемую систему координат пользователя. Это преобразование может быть выполнено автоматически V-STARS с использованием проектных данных, или вы можете использовать программу WINTRANS, поставляемую с V-STARS.

Часто пользовательская система координат определяется подмножеством измеренных точек, координаты которых находятся в желаемой пользователем системе координат. Эти точки могут состоять из точно изготовленных инструментов для инструментов, которые расположены в отверстиях с втулками, или они могут определяться особенностями измеряемого объекта (такими как кромки детали, местоположения отверстий или пересечения линий, плоскостей и т. Д.), которые каким-то образом нацелены. В любом случае важно, чтобы точки, представляющие определяемую пользователем систему координат, были точно нацелены, иначе точность преобразования будет снижена. Фактически, точность размещения целей точно на определяющих характеристиках пользовательской системы координат часто является определяющим фактором общей точности измерения. К счастью, существует множество различных типов целей, которые могут помочь в этом. См. Руководство WINTRANS для получения подробной информации о выполнении преобразований координат.

Системы координат также называются системами осей, поскольку система координат часто определяется путем совмещения определенных точек с осями координат. В этом документе система координат и система осей взаимозаменяемы и означают одно и то же.

Фотограмметрия – это универсальная, мощная и гибкая измерительная технология. Измерения проводились на суше, на море (и под водой) и в воздухе, и даже в космическом пространстве на объектах размером меньше футбольного мяча и больше, чем футбольное поле.

Фотограмметрия широко используется в аэрокосмической, антенной, судостроительной, строительной и автомобильной отраслях для решения широкого круга задач измерения. Хотя каждый фотограмметрический проект несколько отличается, мы разделили их на широкие категории, чтобы помочь описать общие подходы к выполнению успешного измерения.

Измерения можно классифицировать как начальные или повторяющиеся, а также как полностью перекрывающиеся или частично перекрывающиеся. Эти две категории не исключают друг друга; начальные измерения могут полностью или частично накладываться друг на друга, и поэтому измерения могут повторяться.В общем, полностью перекрывающиеся, повторяющиеся измерения – это самый простой тип измерения, в то время как первоначальное, частично перекрывающееся измерение является наиболее сложным.

Повторное измерение – это измерение, при котором приблизительные координаты доступны для всех (или почти всех) целевых точек, в то время как для начального измерения приблизительные координаты недоступны. Как правило, эти координаты доступны из более раннего измерения объекта (отсюда и название «повторное измерение»), но они также могут быть получены из набора проектных координат.Важно только то, что они достаточно точны, чтобы программное обеспечение могло правильно измерить все цели на каждой фотографии. Затем, после того, как каждая фотография ориентирована (с использованием процедуры AutoStart или SuperStart), мы можем использовать процесс, называемый обратным движением, чтобы быстро и автоматически найти и измерить все видимые точки. Чтобы использовать обратный путь, координаты должны быть намного точнее, чем ближайшее расстояние до цели. Следовательно, если цели находятся на расстоянии 100 мм (4 дюймов) друг от друга, точность координат должна быть намного лучше, чем эта, скажем, лучше, чем 25 мм (1 дюйм).Чем точнее приближения, тем быстрее и легче будет измерение.
Если приблизительные координаты недоступны, вы можете использовать AutoBar, поставляемый с системой, для выполнения начального измерения. С помощью команды AutoMeasure первоначальные измерения теперь выполняются почти так же быстро и легко, как и повторные измерения.

Полностью перекрывающееся измерение – это измерение, при котором весь объект виден на каждой фотографии, в то время как при частично перекрывающемся измерении объект должен быть сфотографирован по частям (из-за ограничений пространства или требований к точности или из-за сложности объекта).Частично перекрывающиеся измерения должны иметь достаточный общий охват, чтобы удерживать (или «связывать») все измерения вместе как единое целое. Потребность в общем освещении фотографий описана с помощью рисунков ниже.

На первом рисунке у нас есть два полностью независимых измерения двух плоских панелей. Каждая из панелей очень точно измерена, но, поскольку нет общего покрытия, мы ничего не можем сказать о взаимосвязи между двумя панелями.

Например, мы даже не можем сказать, насколько далеко панели находятся друг от друга или как они ориентированы друг относительно друга.

Если мы теперь измеряем панели с достаточным частичным перекрытием, чтобы между двумя панелями была видна общая линия точек, мы теперь соединили две панели вместе, но не с достаточным перекрытием, чтобы полностью определить взаимосвязь между двумя панелями.

Общая линия действует только как шарнир, две панели соединены между собой, но они могут располагаться под любым углом друг к другу, который позволяет это «шарнирное» соединение. Следовательно, перекрытие должно быть больше, чем просто линия точек; он должен быть как минимум двухмерным.

Если мы теперь добавим третью общую точку между двумя измерениями, которая находится вдали от линии (так, чтобы три точки образовали треугольник), «шарнир» теперь зафиксируется на месте, и связь между двумя панелями будет установлена. Следовательно, должно быть как минимум три точки, образующие треугольник, который является общим между двумя наборами фотографий.

Конечно, при добавлении большего количества точек и большего перекрытия связь между двумя панелями устанавливается более прочно.Самая прочная связь между двумя панелями устанавливается, когда все изображения видят все обе панели; и мы возвращаемся к полностью перекрывающемуся типу измерения.

В зависимости от типа измерения могут быть даны некоторые общие рекомендации. Как правило, количество и расположение изображений зависит от того, является ли проект полностью или частично перекрывающимся измерением. Эта часть планирования называется планом измерения. С другой стороны, то, является ли проект первоначальным или повторным измерением, обычно не влияет на план измерения, а вместо этого определяет процедуру, которая обычно используется для реализации проекта наиболее эффективным образом.

Сначала мы обсуждаем дизайн для полностью перекрывающихся измерений, поскольку это самый простой тип измерений, а затем обсуждаем дизайн для частично перекрывающихся измерений, которые являются более сложными. После этого мы обсудим общие процедуры для различных типов измерений.

Как и в случае с недвижимым имуществом, три основных фактора для полностью перекрывающихся измерений – это местоположение, местоположение и местоположение. Поскольку на каждой фотографии виден весь объект, размещение камеры обычно является основной проблемой.Для максимальной точности фотографии должны быть сделаны из множества разных мест, обеспечивающих хорошие углы пересечения точек на объекте. (См. Описание того, как количество фотографий и геометрия влияют на точность измерения). Однако часто расположение камеры ограничено помещением вокруг объекта и / или формой объекта. Светоотражающие цели часто также ограничивают расположение камеры, потому что светоотражающие цели нельзя рассматривать слишком наклонно или они становятся тусклыми и неизмеримыми.

Основными соображениями при проектировании перекрывающихся измерений являются:

1. Постарайтесь увидеть все цели из четырех или более разных мест (для хорошей точности и надежности).

2. Старайтесь, чтобы углы пересечения камеры составляли от 60 ° до 120 ° (для хорошей точности)

3. Старайтесь, чтобы угол к отражающей цели не превышал 60 ° (для получения хороших ярких изображений цели).

Чтобы проиллюстрировать конструкцию полностью перекрывающегося измерения, рассмотрим измерение плоской гранитной плиты размером 2 на 1 метр со светоотражающими целями на ее поверхности.Камера имеет линзу со средним углом обзора, поэтому нам нужно подняться примерно на 2 метра над пластиной поверхности, чтобы увидеть весь объект. Ключевой вопрос – сколько снимков нужно сделать и где получить высокую точность? Для начала рассмотрим две фотографии, сделанные с противоположных сторон пластины.

По мере того, как мы отдаляем камеры дальше друг от друга, происходят две вещи. Во-первых, углы пересечения между двумя камерами становятся больше, что хорошо, поскольку это помогает повысить точность, но также увеличивается угол до светоотражающих целей, что в конечном итоге плохо, поскольку цели в конечном итоге станут слишком тусклыми, чтобы их можно было измерить.

Как правило, хороший компромисс между качеством углов пересечения и качеством целевого изображения достигается путем размещения камеры так, чтобы она находилась под углом 45 ° к центру объекта. Это также сохраняет угол до светоотражающих целей, которые находятся дальше всего от камеры, менее 60 °. При использовании угла примерно 45 ° к центру объекта хорошо то, что расположение камеры легко определить; при 45 ° расстояние от центра объекта равно расстоянию назад от объекта.Теперь мы можем добавить больше изображений вокруг объекта по желанию для повышения точности.

Иногда мы можем преодолеть ограничение, вызванное светоотражающим углом обзора, используя специальные цели вместо обычных, плоских. Например, на краю пластины можно использовать расположенные под углом мишени вместо плоских мишеней, чтобы сделать угол обзора более благоприятным. Кроме того, несколько производителей производят светоотражающие мишени «инструментальные», которые состоят из мишени, которую можно поместить в прецизионную втулку и повернуть для достижения наилучшего угла обзора.Конечно, в обоих случаях смещение от центра мишени к поверхности пластины должно быть удалено, чтобы получить измерение самой поверхности.

Форма объекта также влияет на расположение камеры. Например, если объект не был плоским, а вместо этого был вогнутым (например, отражающая поверхность параболической антенны), светоотражающие цели на дальнем краю объекта были бы более благоприятно направлены на камеру, и теперь углы пересечения камеры может быть больше, чтобы получить большую точность.

И наоборот, если бы объект был выпуклым (например, задняя поверхность антенны), углы пересечения камеры должны быть меньше, чтобы можно было отображать светоотражающие цели по краям. Фактически, в зависимости от кривизны поверхности, углы пересечения камеры могут быть настолько сильно скомпрометированы, что было бы лучше спланировать измерение таким образом, чтобы объект измерялся с частичным перекрытием.

Кроме того, ваш план должен учитывать блокировку.Помните, что мы хотим попытаться увидеть ВСЕ цели как минимум из четырех разных мест. Если часть объекта не видна (например, антенна может блокировать часть поверхности), попробуйте сделать дополнительные снимки из других мест, где видны заблокированные цели. Однако часто бывает трудно получить хорошую геометрию, если засорение является серьезным. (Хорошим примером этого является попытка измерить цели на дне длинного тонкого цилиндра.) Если засорение или другие ограничения ограничивают количество благоприятных видов объекта или его части, которые мы можем получить, мы можем повысить точность несколько (обычно 10-20%), сделав еще одну фотографию с того же места.Вы можете еще больше повысить точность (обычно еще на 10-20%), делая снимки камерой, повернутой под другим углом для каждого снимка.

При частичном перекрытии измерений вы все равно должны учитывать все необходимое при планировании полностью перекрывающихся измерений. Однако вы также должны спроектировать измерение так, чтобы было достаточно перекрытия, чтобы связать все измерения вместе достаточно сильно, чтобы сохранить точность измерения. (См. Раздел Измерения с полным или частичным перекрытием, чтобы узнать, почему необходимо перекрытие, а также требования к объединению измерений).Кроме того, тот факт, что весь объект не может быть виден на каждой фотографии, обычно означает, что требуется больше фотографий, чем для полностью перекрывающихся измерений. Наконец, поскольку видна только часть объекта, легко потерять из виду, где вы находитесь и какие точки измеряете. Все эти факторы в совокупности делают типичное измерение с частичным перекрытием более сложным, чем типичное измерение с полным перекрытием.

Частично перекрывающиеся измерения поначалу могут показаться сложными, поэтому мы рекомендуем вам начать со стратегии измерения «разделяй и властвуй».Сначала разделите объект на несколько логических областей (левую, правую, переднюю, заднюю и т. Д.), Каждую из которых можно полностью увидеть с помощью набора изображений. Затем добавьте дополнительные фотографии (или мишени), чтобы отдельные области были прочно связаны. Часто вы обнаруживаете, что между «отдельными» измерениями существует достаточно частичного перекрытия, так что дополнительных фотографий не требуется. Чтобы помочь понять процесс, мы описываем ниже стратегии проектирования для некоторых типичных типов частично перекрывающихся измерений.Однако ничто не заменит опыт, так что приступайте к делу!

Часто относительно простой объект, который можно измерить с полным перекрытием, должен быть измерен с частичным перекрытием, потому что вокруг объекта недостаточно места для того, чтобы весь объект был виден на каждой фотографии. (Можно также сделать это для повышения точности. См. «Точность измерения» и «Насколько точен V-STARS?» В Приложении A для получения подробной информации об этой технике).

Например, рассмотрим прямоугольную комнату.Чтобы измерить одну из длинных стен комнаты, вы должны прислониться к другой длинной стене, но прямоугольный характер комнаты не позволяет вам отойти достаточно далеко, чтобы увидеть всю стену. В этом случае вы можете разделить объект на области и использовать методы, описанные в разделе Проектирование полностью перекрывающихся измерений, чтобы убедиться, что вы разработали точное измерение для каждой области. В этом примере мы разделили стену на левую и правую половины и сделали снимки примерно с четырех углов каждой половины.Таким образом, каждая половина видна на четырех фотографиях из четырех разных мест. Пока это нормально, но обратите внимание, что между двумя половинами нет общего покрытия, поэтому все измерения не связаны. (На практике у вас обычно будет по крайней мере какое-то общее покрытие в середине, но для этого примера мы предполагаем, что его нет).

Есть несколько различных способов соединения половинок. Во-первых, мы можем сделать больше фотографий посередине, нацеленных прямо на центр стены.Например, мы можем сделать два снимка в центре стены; один вверху и один внизу. На этих фотографиях видны часть левой и правой половин и они служат для того, чтобы связать все вместе. Этот первый подход хорош и прост, потому что вам не нужно перемещать камеру в какие-либо новые положения.

Однако есть другой подход – разделить стену еще на «среднюю» половину и выстрелить в четырех углах этой области. Поскольку теперь в этой области видны часть левой и правой половин, теперь все измерения соединены вместе.Хотя этот подход немного сложнее предыдущего, потому что вам нужно переместить камеру в эти новые положения, этот подход несколько более точен из-за большего геометрического разнообразия. Подход к использованию зависит от требований. Если скорость имеет значение, используйте первый подход. Если точность является главной задачей, используйте второй подход. Конечно, эти приемы можно расширить, если нужно снимать стену более чем на два участка.

Ситуация измерения, описанная в этом разделе, встречается не очень часто, но она помогает проиллюстрировать необходимость перекрытия и то, как это сделать в очень сложной ситуации.Имейте это в виду, если вы когда-нибудь столкнетесь с подобной ситуацией. Задача – измерить перед и зад тонкой панели. Вокруг панели достаточно места, поэтому мы можем измерить каждую сторону панели с полным перекрытием. Однако трудности возникают, когда мы пытаемся соединить переднюю и заднюю части вместе. (Если у нас нет какой-либо общности между двумя сторонами, мы ничего не можем сказать о соотношении передней и задней части, например, о толщине панели). Теперь мы должны прикрепить цели где-нибудь, что видно как на передней, так и на задней фотографиях.

Обычно от восьми до двенадцати хорошо распределенных целей достаточно, чтобы обеспечить прочную связь между передней и задней частью.

Одно из возможных решений – поставить мишени на приспособление, удерживающее панель, или на пол вокруг панели, чтобы их было видно с обеих сторон. Однако, если панель не прикреплена жестко к удерживающему приспособлению или полу, мы не сможем этого сделать, потому что эти точки крепления должны быть устойчивыми по отношению к панели. Кроме того, видимые области на полу или арматуре могут не обеспечивать хорошее распределение точек крепления.Помните, что просто ряда общих точек недостаточно.

Другой подход заключается в размещении мишеней на краю или наверху панели, которые видны с обеих сторон. Однако здесь возникают некоторые трудности. Если панель слишком тонкая, мы не сможем поставить обычные самоклеящиеся мишени на край, если не установим их на твердый носитель, который затем можно будет прикрепить к краю. Если панель стальная, твердый носитель может быть магнитным; в противном случае можно использовать клей. Даже если самоклеящиеся мишени можно поставить на края, их все равно будет трудно увидеть, поскольку теперь они перпендикулярны передней и задней сторонам.Одним из решений является размещение так называемых «мишеней спиной к спине» на краях, которые состоят из держателя, который прикрепляется к краю, чтобы цель теперь была параллельна лицевой стороне панели. Затем цель состоит из двух самоклеящихся мишеней, расположенных спиной к спине, так что цель имеет световозвращающую способность с обеих сторон. Мишень, расположенная спиной к спине, установлена ​​в носителе, поэтому она является жесткой, и теперь цель видна с обеих сторон. Однако, поскольку задняя и передняя части мишени не являются одной и той же точкой (они разделены толщиной двух поверхностей мишени, которая составляет около 0.2 мм или 0,008 дюйма) этот подход не следует использовать, когда требуется высокая точность.

Лучшим подходом к использованию, когда требуется высокая точность, является использование так называемых «поворотных целей». Это точно сделанные несущие цели, предназначенные для установки в прецизионную втулку с возможностью вращения. Мишень сконструирована таким образом, что центр цели находится в центре вращения несущей цели. Втулки могут быть прикреплены к краям панели, а затем во втулки помещаются прямоугольные мишени.Затем мишени можно повернуть так, чтобы они были параллельны фотографируемому лицу. Поскольку цель остается в одном месте при повороте (в пределах +/- 12 микрон или 0,0005 дюйма), цели служат хорошими связующими точками.

Обычная ситуация, когда требуется измерение с частичным перекрытием, возникает, когда вы должны измерить объект, имеющий несколько сторон. Обычно все стороны объекта не видны на каждой фотографии или, по крайней мере, их нельзя увидеть из достаточно разных мест, чтобы произвести точное измерение.Хороший общий пример этого – измерение всех четырех сторон (а иногда и верха и / или низа) коробчатой ​​конструкции.

Подход состоит в том, чтобы сначала сконцентрироваться на каждой стороне коробки и рассматривать ее как полностью перекрывающееся измерение. Если стороны коробки слишком велики, чтобы их можно было увидеть целиком, вам все равно следует сначала сосредоточиться на каждой стороне коробки. (См. Раздел «Дизайн для измерений влево-вправо», чтобы узнать, как измерить сторону коробки с частичным перекрытием). После того, как у вас будет хороший дизайн для каждой стороны, мы можем сосредоточить наши усилия на том, чтобы связать все стороны вместе.Типичный дизайн – это делать снимки, расположенные сзади с каждого угла коробки. В некоторых случаях по фотографии из каждого угла можно увидеть две полные стороны коробки, и в этом случае связь устанавливается легко. В других случаях на фотографиях могут быть не видны обе стороны полностью (в зависимости от блокировки, размера коробки, поля зрения камеры и наведения), и потребуется сделать дополнительные фотографии (возможно, низкие и высокие фотографии. в центре каждой стороны).При желании вы также можете сделать два снимка в каждом месте, повернув камеру на 90 ° между фотографиями; это повысит точность. Ключ в том, чтобы попытаться учесть все точки по крайней мере на четырех разных фотографиях и иметь прочную связь между всеми отдельными областями.

Даже если вы не измеряете верхнюю часть прямоугольника, вам может оказаться очень полезным добавить сюда цели, так как они могут быть хорошо видны из разных мест вокруг прямоугольника. Это очень прочно свяжет все фотографии вместе.Одна из проблем с этим заключается в том, что вам может быть трудно увидеть плоские цели, размещенные на верхней поверхности. В этом случае вам будет полезно снова использовать поворотные цели под прямым углом. Они будут помещены во втулки, прикрепленные к верхней поверхности. Затем вы можете повернуть их лицом к камере, когда будете обходить коробку.

Обычно мы относим измерения к одному из четырех типов. Измерения могут быть начальными или повторными и могут полностью или частично перекрываться. Эти две категории не исключают друг друга, поэтому у нас может быть четыре разных типа измерений.

Это:

1. Повторение, полное перекрытие (обычно самый простой тип измерения)
2. Повторение, частичное перекрытие
3. Исходное, полное перекрытие
4. Начальное, частичное перекрытие (обычно самый сложный тип измерения)

Хотя все эти различные типы измерений имеют много общего, есть некоторые различия. Во-первых, AutoBar требуется для начальных измерений и обычно не требуется для повторных измерений. Кодированные цели обычно используются как при начальных, так и при повторных измерениях, поэтому вы можете полностью автоматизировать измерение.Учебные пособия V-STARS показывают, как цели AutoBar и Coded используются при начальных и повторных измерениях. Если вы используете AutoBar при повторном измерении, его необходимо поместить в то же место, что и при первоначальном измерении. Если AutoBar остается прикрепленным к объекту, это обычно не проблема, но если AutoBar был удален, его необходимо вернуть в исходное положение. Часто для этого можно использовать приспособление для выравнивания.

Масштабная линейка обычно требуется при первоначальных измерениях, если необходимо хорошее масштабирование объекта (см. Приложение A о масштабе и его использовании).При повторных измерениях масштабные линейки могут не понадобиться. Если некоторые точки на объекте не перемещаются от измерения к измерению (например, точки на устойчивой рамке, удерживающей объект), их можно использовать в качестве точек шкалы. Если используются масштабные линейки, будет полезно, если вы можете снова разместить их на объекте почти в том же месте, что и раньше, но в этом нет необходимости.

На сложных объектах с большим количеством точек легко потерять из виду, где вы находитесь и какие точки измеряете.Вы можете упростить задачу, пометив или иным образом обозначив некоторые ключевые точки на объекте. Световозвращающие маркировочные материалы могут помочь в решении этой задачи. Делая фотографии в обычном порядке, когда это возможно, и ведение журнала снимков также может помочь упорядочить сложные проекты.

Хотя в этом объяснении мы предоставили некоторые общие рекомендации для различных типов измерений, ничто не может заменить опыт. Попробуйте начать с простых измерений, полностью перекрывающих друг друга, а затем выполните измерения относительно простых объектов, которые не требуют большого перекрытия или большого количества фотографий.Наконец, вы можете попробовать измерения более сложных объектов. Не забывайте использовать учебные пособия V-STARS, чтобы помочь вам в обучении и понимании.

Мы подготовили контрольный список ниже, чтобы помочь в планировании проекта. Мы настоятельно рекомендуем вам использовать его в каждом проекте, пока вы не выучите его наизусть. Вы даже должны добавить к нему или изменить его в соответствии с вашими потребностями.

Проверки планирования V-STARS:

1. Требования к триангуляции
a. Требуется два разных наблюдения каждой точки (предпочитайте как минимум четыре).
г. Нужны хорошие углы пересечения между точками (60-120 ° хорошо).
2. Требования к обратной засечке
a. Необходимо видеть AutoBar или 4 известные точки на каждом изображении (точки не могут находиться в строке).
г. На каждой фотографии нужно как минимум 12 хорошо распределенных точек (но лучше двадцать).
3. Требования к самокалибровке
a. Необходимо повернуть камеру на 90 ° (хотя бы один раз, лучше больше).
г. Нужно как минимум четыре-шесть фотографий (четыре, если не плоские, шесть, если плоские).
г. Нужны фотографии как минимум из трех разных мест.
г. Требуется не менее двадцати хорошо распределенных точек во всем измерении (но лучше сорок).
4. Требования к перекрытию (требуется только в том случае, если весь объект не виден сразу)
a. Нужно как минимум три точки соприкосновения для смежных секций (но лучше больше).
г. Общие точки не могут находиться в линии (треугольник или лучше).
5. Требования к масштабированию (требуется только в том случае, если требуется точное масштабирование)
a.Доступно по крайней мере одно известное расстояние (предпочтительно не менее трех)
b. Расстояние шкалы практически равно

Система V-STARS измеряет специальные цели, сделанные из тонкого (0,11 мм / 0,0044 дюйма) плоского световозвращающего материала сероватого цвета.

Светоотражатели очень эффективно отражают свет обратно к источнику света. Например, они обычно в 100–1000 раз более эффективны при отражении света, чем обычная белая цель. (Светоотражающий материал, используемый для целей, по принципу и принципу действия аналогичен дорожным отражателям, но намного более эффективен.)

Маломощная вспышка, расположенная у камеры, используется для освещения целей. Полученные в результате целевые изображения очень яркие, их легко найти и измерить. Кроме того, поскольку цели полностью освещаются вспышкой, экспозиция цели не зависит от окружающего освещения. Снимки можно делать при ярком свете или в полной темноте, и целевая экспозиция будет одинаковой. Эта функция упрощает целевую экспозицию. Подробную информацию о экспонировании светоотражающих целей

см. В разделе «Экспозиция цели».

Кроме того, мощность строба достаточно мала, поэтому строб обычно не освещает объект значительно.Таким образом, экспозиция цели и объекта в значительной степени не зависит от экспозиции цели, обеспечиваемой стробоскопом, и экспозиции объекта, обеспечиваемой окружающим светом. Правильно установив время выдержки затвора, вы можете выставить объект на любом желаемом уровне. Вы можете сделать нормальную экспозицию, но обычно вам нужно значительно недоэкспонировать объект, чтобы сделать измерение цели более простым и надежным. Затем вы можете использовать функции улучшения, доступные в V-STARS, для улучшения объекта.См. Раздел «Экспозиция фона» для получения подробной информации о экспонировании фона.

Хотя световозвращающие цели имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными целями, они, как правило, теряют свои особые отражающие свойства при просмотре под большим углом, становясь тусклыми и не поддающимися измерению. Для достижения наилучших результатов цели не должны находиться под углом более 60–65 ° вне оси.

В некоторых измерениях может потребоваться удалить толщину цели, чтобы определить местоположение точки интереса.Светоотражающие цели имеют физическую толщину 100 микрон (0,004 дюйма), но что действительно имеет значение, так это оптическая толщина. Оптическая толщина зависит от того, замаскирована ли цель (имеет черный фон вокруг световозвращающего материала) или немаскирована (не имеет фона). Замаскированные цели имеют оптическую толщину 110 микрон (0,0044 дюйма), а немаскированные цели имеют оптическую толщину 63 микрона (0,0025 дюйма). Оптическую толщину следует учитывать и при необходимости удалять.

Обычно большинство программ САПР могут автоматически удалять заданную толщину при измерении поверхностей, смоделированных САПР.В большинстве других случаев необходимо иметь доступную локальную плоскость для определения направления, в котором должно быть скомпенсировано смещение.

Размер объекта должен быть достаточно большим, чтобы его можно было точно измерить. Для точного измерения целевое изображение должно быть не менее 3 пикселей в ширину и 3 пикселя в высоту. Подходящий размер цели для измерения зависит от нескольких факторов. К ним относятся расстояние от камеры до объекта, разрешение камеры, которую вы используете, фокусное расстояние объектива и целевую экспозицию.V-STARS был разработан для измерения целей стандартного размера, используемых в промышленности, в широком диапазоне без потери точности.

Удобное практическое правило для определения размера цели состоит в том, что диаметр цели должен составлять не менее 1/1000 размера объекта (или один миллиметр на метр). Например, если размер объекта составляет 3 метра (10 футов), цель должна быть не менее 3 мм (1/8 дюйма) в диаметре.

Если вы снимаете объект по частям, то минимальный диаметр мишени должен быть в 1/1000 раз больше среднего размера срезов, которые вы фотографируете.

Хотя V-STARS может точно измерять цели такого размера, мы рекомендуем использовать цели, которые вдвое больше минимального размера, поскольку их будет легче найти и измерить. Описанное выше эмпирическое правило является быстрым и простым в использовании и подходит для большинства обстоятельств. Приведенная ниже диаграмма полезна для того, чтобы помочь вам определить, какой размер мишени использовать с камерой INCA.

Приведенная ниже диаграмма полезна для того, чтобы помочь вам определить, какой размер мишени использовать с камерой D1.Из-за меньшего формата D1 цели обычно должны быть примерно на 50% больше.

Для достижения наилучших результатов всегда используйте мишени одного и того же или аналогичного размера для одного измерения. Обычно приемлемы целевые размеры, которые варьируются от 2 до 1.

Доступно множество различных типов световозвращающих мишеней. К ним относятся:

Индивидуальная самоклеящаяся палочка для мишеней

Доступны как замаскированные, так и немаскированные цели. Замаскированные цели имеют черную маску, которая окружает ретро-точку.Это улучшает контраст и упрощает обработку и нанесение цели. Маскированные мишени также могут иметь метки выравнивания, добавленные к краям, чтобы центр мишени можно было точно выровнять с линиями разметки. В других примерах у них есть маленькие черные точки в центре, поэтому теодолиты также могут их измерить. Мишени бывают разных размеров.

Это непрерывный рулон самоклеящейся черной ленты со светоотражающими целями через равные промежутки времени. Этот материал особенно полезен для измерения поверхностей, поскольку его гораздо быстрее наносить (и удалять), чем отдельные мишени.Лента доступна с разными целевыми размерами и интервалами. Ниже приведены некоторые типичные примеры.

Это металлические (обычно из закаленной стали) мишени с точно изготовленным стержнем. Целевой вал обычно вставляется в прецизионную втулку. Световозвращающий материал помещается на мишень так, чтобы ее центр совпадал с центром стержня (с точностью до 12 микрон или 0,0005 дюймов), а центр мишени также смещен на определенную величину от основания мишени (также в пределах 12 мкм или 0.0005 “). Мишени бывают самых разных размеров и производятся в трех основных конфигурациях. Они доступны как прямо на мишени, как мишени под углом 45 °, так и как мишени под углом 90 °. Мишени под углом 45 ° и 90 ° особенно полезны. поскольку при установке в прецизионную втулку их можно поворачивать в сторону камеры без потери точности.
Также доступны сферические твердотельные мишени. Эти цели похожи на твердотельные инструменты, указанные выше, но отражающая цель имеет сферическую форму, поэтому цель не нужно поворачивать.К сожалению, эти мишени не так точны, как мишени с твердым корпусом (они имеют точность до 100 микрон или 0,004 дюйма), но они особенно полезны в качестве замены поворотных мишеней, когда цель труднодостижима.

Кодированные цели – это особый тип целей, которые программа V-STARS может распознавать и автоматически декодировать. Каждый код состоит из уникального узора квадратов и центральной точки. В настоящее время доступно 132 закодированных мишени. Кодированные цели бывают с размерами точек 3 мм, 6 мм и 12 мм.

Светоотражающие мишени очень прочные и долговечные, однако с ними необходимо обращаться и ухаживать за ними должным образом, чтобы обеспечить наивысшую точность измерения.

Инструкции по обращению и уходу:

1. Перед использованием визуально осмотрите мишени на предмет наличия грязи, пыли или повреждений. (Вы можете использовать сильный фонарик, чтобы осветить цель и облегчить визуальный осмотр). Если цель выглядит грязной, вы можете очистить ее (инструкции по очистке см. Ниже).Если он поврежден (обычно при контакте с острым или абразивным предметом), вам не следует его использовать. Поврежденная цель не будет иметь однородный вид, но будет иметь пустоты или темные области, где цель была повреждена. Поврежденные мишени должны быть помечены как плохие, чтобы предотвратить случайное использование. Проведение линии через цель с красным маркером – один из способов обозначить цель, что она плохая.

2. Не прикасайтесь к световозвращающему материалу, так как натуральное масло и грязь с ваших рук могут повредить световозвращающий эффект и сделать цель тусклой и неизмеримой.

3. Вы должны хранить мишени в чистом и сухом месте (лучше всего в закрытом контейнере).

4. Вы не можете использовать светоотражающие цели, когда они влажные, так как вода изменяет показатель преломления и разрушает эффект световозвращения. Высушите мишени, осторожно потерев или промокнув их тканью или салфеткой, и дайте им высохнуть.

5. Используйте малярную ленту, чтобы удалить грязь и грязь с цели. Если это неэффективно, очистите мишени медицинским спиртом или денатурированным спиртом, осторожно потерев светоотражающий материал тканью или тканью, смоченной спиртом.Обязательно дайте мишени полностью высохнуть, прежде чем использовать ее.

Не используйте ацетон или аналогичные растворители, иначе мишень может быть необратимо повреждена.

Если используется, AutoBar должен быть размещен на объекте или рядом с ним, чтобы он не перемещался по отношению к объекту во время измерения. Помните, что не для всех типов измерений необходимо использовать AutoBar, но они делают большинство измерений быстрее и проще. Если объект является магнитным, вы можете использовать магнитное основание, поставляемое с системой, для надежного прикрепления AutoBar к объекту.В противном случае вы можете использовать клеевой пистолет, поставляемый с системой, чтобы приклеить AutoBar к объекту. По возможности, AutoBar следует размещать так, чтобы он был хорошо виден и не блокировался объектом. Обычно лучше всего размещать AutoBar где-нибудь посередине объекта, но это не обязательно. Кроме того, AutoBar не должен блокировать другие целевые точки.

Если AutoBar перемещается во время измерения, вы, как правило, можете продолжить измерение, но вы больше не можете использовать AutoBar.

Стандартный размер AutoBar, поставляемый с системой, можно использовать на расстоянии до 10 метров (33 фута). Для больших расстояний можно использовать AutoBar большего размера. Некоторые большие размеры доступны в GSI

.

Если вы собираетесь использовать AutoBar для повторного измерения, его необходимо вернуть в то же место, где оно было при первоначальном измерении. Если AutoBar не был удален, это обычно не проблема. Если AutoBar был удален, вам, как правило, потребуется спроектировать какое-то приспособление, которое позволит вам вернуть AutoBar в исходное положение.

Шкала (-ы) предоставляют точную информацию о расстоянии, что позволяет правильно масштабировать измерение. Однако не во всех измерениях необходимо использовать масштабные линейки. Например, информация о масштабе может быть доступна при использовании известных расстояний между некоторыми устойчивыми точками на объекте. Или же природа приложения может не нуждаться в масштабных измерениях. При наличии AutoBar ее можно использовать в качестве масштабной линейки, когда требуется только номинальный масштаб. (AutoBar слишком мал для использования в качестве точного ориентира шкалы).

Использование шкалы масштабирования при измерении очень похоже на использование AutoBar. Вы должны жестко прикрепить масштабную линейку (-ы) к объекту или рядом с ним, чтобы они не двигались по отношению к объекту во время измерения. Точки шкалы такие же, как и любые другие точки; они должны быть видны только из двух разных мест (и могут не видеть оба конца масштабной линейки на каждой фотографии). Однако, поскольку эти точки используются для масштабирования измерения, вам следует попытаться увидеть их из как можно большего количества мест.Постарайтесь также разместить масштабные линейки так, чтобы они не блокировали другие цели. Для достижения наилучших результатов целевые объекты масштабной линейки должны быть по крайней мере такими же большими, как и другие целевые объекты. См. Раздел «Размеры цели» для получения информации о правильном размере цели. Кроме того, см. Вопросы в Приложении A относительно масштаба для получения более подробной информации об использовании масштабных линейок. Также см. Масштабирование фотограмметрии.

Контрольный список таргетинга

Мы подготовили контрольный список ниже, чтобы помочь с таргетингом. Мы настоятельно рекомендуем вам использовать его в каждом проекте, пока вы его не запомните.Вы даже должны добавить к нему или изменить его в соответствии с вашими потребностями.

  1. Проверить углы цели (не более 60 ° вне оси)
  2. Не прикасайтесь к световозвращающим материалам.
  3. Проверьте мишени перед использованием
    – Убедитесь, что мишени чистые и неповрежденные.
    – При необходимости осторожно очистите спиртом.
  4. Не используйте мокрые мишени.
  5. Выберите правильный размер цели (рекомендуется 1/500 размера объекта).
  6. AutoBar
    – Стандартная штанга подходит для диапазонов менее 10 м.
    – Жестко прикрепить к объекту.
    – Положить на хорошо видное место.
  7. Шкала (-ы)
    – Прикрепите жестко к объекту.
    – Положить на хорошо видное место.

Геодезическая и фотограмметрическая инфраструктура | Воздушное зондирование

Геодезическая и фотограмметрическая инфраструктура
Точные и высококачественные аэрофотоснимки, предоставляемые Airborne Sensing, сочетаются с последними достижениями в геодезии и фотограмметрии во всех наших проектах, чтобы гарантировать, что наши завершенные проекты соответствуют или превосходят требования клиентов.Обладая более чем 20-летним опытом постобработки данных GNSS с воздуха, мы можем похвастаться полной инфраструктурой планирования проекта, собственным профессиональным геодезистом, прямой географической привязкой через нашу систему позиционирования (POS) GNSS / IMU, автоматизированными процессами аэротриангуляции с ручным контролем, геодезическими возможности наземной съемки и создание цифровых моделей поверхности (ЦМР) и ортофотопланов. Кроме того, у нас есть сканирующее оборудование, позволяющее использовать аналоговые пленочные продукты для цифровой обработки изображений и фотограмметрии.

Опыт точного позиционирования
Более 20 лет назад компания Airborne Sensing разработала интерфейс, который отправляет среднюю точку сигнала экспозиции в журнал маркеров событий GNSS. Система точно отмечает, когда затвор камеры был открыт в средней точке, и учитывает точное (менее 300 мкм) положение центра перспективы в момент экспонирования. Параметры эксцентриситета между фазовым центром антенны и оптической узловой точкой известны с точностью до 1 мм x, y, z.Система регистрирует все данные GNSS в полете для дальнейшей обработки.

Полная инфраструктура для планирования проекта
Система воздушного зондирования установила процедуры для планирования проекта, чтобы гарантировать, что все поставляемые материалы соответствуют спецификациям клиента, и наши исследования разработаны с учетом использования активных сетей в данной области и статических наблюдений GNSS.

Используя географические информационные системы (ГИС), мы составляем карты линий полетов, проектных зон, баз аэропортов и существующих геодезических средств контроля.

На основе этих карт мы консультируемся с агентствами по контролю и пространственной привязке (на муниципальном, провинциальном и федеральном уровнях), чтобы определить доступные уровни точности и их связь со спецификациями проекта, а также мы определяем, какие активные сети GNSS существуют в этом районе ( например, CORS, CACS, другие сети виртуальной справочной системы (VRS)). Затем мы вычисляем преобразования этих сетей.

Карты, созданные ГИС, также составляют основу нашего фотоконтроля. Используя общие точки, установленные геодезическим контролем, мы можем проектировать наши фотопроекты в соответствии с наложениями ГИС.По согласованию с клиентом мы разрабатываем проект с подходящими мишенями и фото-опознаваемыми типами.

Геодезические и фотограмметрические продукты обрабатываются с помощью следующих программ:
Applanix: Прямая географическая привязка Inpho: Наблюдения за аэротриангуляцией BINGO: Аэротриангуляция Grafnav: Кинематическая обработка GNSS с бортового датчика без ввода IMU Grafnet: Регулировка статической сети GNSS с базовых станций GNSS PPP : Точное позиционирование точек для вычисления координат базовой станции GNSS TRNX: Федеральное программное обеспечение преобразования для преобразования опорных кадров из года в год NTV2: Национальное программное обеспечение преобразования данных Global Mapper / AutoCAD / Google Earth: ГИС для разработки наложений карт

Прямая географическая привязка и аэротриангуляция
Система определения местоположения и ориентации (POS) GNSS / IMU, используемая Airborne Sensing, была разработана Applanix Corporation.GNSS / IMU POS собирает данные о местоположении GNSS во время полета на частоте 1 Гц или 2 Гц, а данные IMU – на частоте 200 Гц. Он измеряет положение камеры относительно центра Земли с точностью менее 15 см, а также угол наклона камеры относительно математической поверхности Земли с точностью чуть более 1/1000 градуса. Выходные данные этого устройства затем подвергаются постобработке с использованием алгоритмов постобработки и фильтрации GNSS / IMU для вычисления координат x, y, z и w, p, k камеры во время экспонирования.

Выходы GNSS / IMU POS могут использоваться для прямой пространственной привязки данных изображения. Эта прямая географическая привязка обеспечивает умеренную точность и очень быстрое выполнение. Эти данные также можно использовать в процессе дальнейшего преобразования для полной аэротриангуляции.

Наша система аэротриангуляции почти полностью автоматизирована, что позволяет быстро обрабатывать данные с помощью программ Applanix, Inpho и BINGO. В системе есть несколько точек ручного контроля для обеспечения точности в соответствии со спецификациями клиента.

Результаты могут быть немедленно использованы в аналитической фотограмметрической системе пользователя для векторного картирования, картирования изображений или других типов картирования.

Базовая станция Геодезические исследования
Система воздушного зондирования включает 4 базовых станции Novatel DL Millennium с геодезическими антеннами, штативами, источниками питания и компьютерами для регистрации данных. Комбинируя данные базовой станции со значениями, полученными при одновременной записи наземной опорной станции, мы можем определить перспективные центры этих станций с точностью менее 10 см по x, y и 15 см по z.Система Airborne Sensing стала пионером в использовании этой технологии в авиационной фотограмметрии.

Эти базовые станции являются наиболее широко используемым наземным устройством сбора данных; эта универсальная структура позволяет нам проводить операции с высокой точностью в областях, где существующие геодезические изыскания разрежены, ненадежны или по другим причинам недоступны или непригодны для использования. Airborne Sensing проводит большую часть своих операций в Канаде, где во многих регионах есть разреженные геодезические сети; эта система оказалась очень полезной для операций в других регионах, таких как Санто-Доминго и Ямайка.

Производство цифровых моделей поверхности (DSM) и ортофотопланов
Мы можем быстро извлекать цифровые модели поверхности с помощью сопоставления изображений за небольшую часть стоимости традиционной фотограмметрии или лидаров. Эти модели, особенно когда они созданы для участков с редкой растительностью, подходят для создания ортофотопланов, инженерных моделей, расчета объемов и начального инженерного проектирования.

Airborne Sensing также производит ортофотопланы для клиентов, создавая бесшовные, радиометрически сбалансированные мозаичные изображения.Они разрабатываются на основе собственных моделей DSM или других существующих моделей, таких как LIDAR-исследования, или провинциальных или муниципальных наборов данных.

Сканирование
Как поставщик традиционных (аналоговых) продуктов для аэрофотосъемки, Airborne Sensing осознает необходимость обработки этих изображений в рамках цифровой инфраструктуры для производства DSM и ортофотопланов. Благодаря воздушному сканированию мы предлагаем передовые решения для сканирования пленки в цифровую среду с использованием следующего оборудования:

– Фотограмметрический сканер Vexcel 4000HT для преобразования изображений пленки в растровые файлы для фотограмметрии и цифровой обработки изображений.(Геометрическая точность выше 1 микрона – эквивалент 1 см на земле при фотографии в масштабе 1: 10 000.) – Vexcel ULTRASCAN 5000 для дополнительной емкости, а также 10-битная шкала серого.

(PDF) Некоторые аспекты обучения фотограмметрии на кафедре геодезии и кадастра ВГТУ

31

Геодезия и картография / Геодезия и картография, 2008, 34 (1):

 и неправильные значения DEM площадей) имеет большое значение для создания правильной матрицы высот.

Процесс ортотрансляции требует знания

параметров внешнего ориентирования и данных о высоте

из матрицы высот. Длительность обработки зависит от порядка интерполяции (значение

пикселя на выходе вычисления) и размера изображения (количества пикселей). Возможны практические занятия

по различным видам трансформации.

Мозаика изображений представляет собой понимание

полного фотограмметрического блока изображения, полученного из генерируемых ортоизображений gen-

.

результатов слияния изображений могут быть проанализированы в зависимости от различных методов обработки изображений, например, выравнивания и т. Д.

Процесс стерео (3-D) оцифровки цифровых изображений важный этап в процессе захвата данных (выделение признаков –

в виде линий, замкнутых многоугольников и т. д. или трехмерные измерения

). Обучение на вышеупомянутом шаге

должно выполняться разными подходами к редактированию

и для разных типов примитивов.

3. Тренинг для обработки фотограмметрических изображений

Для обучения используются несколько источников данных, один из

– это аналогичные изображения в масштабе 1: 6000, охватывающие

восточно-северной части города Вильнюс. Аэрофотоснимки с диапозитивом

tos, снятые аналоговой камерой (RMK

TOP), были преобразованы в цифровой формат с размером пикселя

14 мкм. В распоряжении имеется сертификат калибровки аэрофотоаппарата и данные

контрольных точек.

Несмотря на то, что технологии фотограмметрического картирования

обращаются в сторону цифровых технологий, традиционные фотограмметрические методы

(аналитические и в

в некоторых случаях аналогичные) могут быть использованы для макета основных принципов фотограмметрической обработки

. Ere-

для того, чтобы цифровые фотограмметрические технологии не могли быть полностью заменены

в процессе обучения, что касается лучшего понимания основ геометрии граммметрического моделирования.

.Например, используются аналитические фотограмметрические технологии

, когда цифровая аэротриангуляция

не будет правильно работать в сложных условиях местности

, таких как высокие городские районы, большой перепад высот

в сфотографированной области, сильно растительный.

местности и т. Д.

С учетом вышеизложенных фактов обучение по аэротриангуляции

проводится с использованием аналоговых изображений

для измерения координат изображений с помощью аналогового компьютера- настройка осуществляется с помощью программного обеспечения NLH-

BUNT, разработанного в Сельскохозяйственном университете Норвегии.

Функции оцифровки в аналоговом стереоплоттере

Wild A8 используются для сбора данных об объектах и ​​линейного извлечения

признаков из аэрофотоснимков.

Без сомнения, аналоговые приборы

нельзя использовать для огромного количества практических измерений –

больше. В настоящее время

принадлежит истории фотограмметрии.

3.1. Захват 3-D данных

Одной из основных задач фотограмметрической обработки

является извлечение признаков, оцифровка в пространственном режиме и

получение векторных данных из стереоизображений.В сфере образования по данной теме используется аналитический плоттер Zeiss Stereoplotter

PLANICOMP P3 с программным обеспечением P-CAP

для ориентации изображений. Этот прибор находится в отличном рабочем состоянии

и дополнительно оборудован (в Фотограмметрическом институте

te Боннского университета, Германия) камерами CCD. Это

очень важно с точки зрения образования,

, потому что идентификацию точки и интерпретацию признаков

можно наблюдать на мониторах (Рис. 1).Полученные

Геоданные

из стереоизмерений можно использовать в среде

ГИС, такой как ArcView, AutoCad и т. Д.

Рис. Например, создание 3-D модели здания

) может быть выполнено с помощью цифровой системы

InJECT, разработанной в Институте фотограмметрии

Боннского университета. Пользователь InJECT поддерживается инструментами

с моделированием сайта.Фрагмент извлечения построек

из аэрофотосъемки представлен на Рис. 2.

31

(Выявить неверные значения ЦМР областей) имеет значение

вопрос в создании правильной ЦМР.

Процесс ортотрансформирования требует знания

параметров внешнего ориентирования и данных о высоте из

матрицы высот. Продолжительность обработки зависит от порядка интерполяции

(значение выходного пикселя вычисления) и размера изображения

(количество пикселей).Возможны практические занятия по

различным видам трансформации.

Мозаика изображений дает представление о

полных фотограмметрических блоках изображений, полученных из

сгенерированных ортоизображений. Результаты объединения изображений могут быть проанализированы

в зависимости от различных методов обработки изображения

, например, выравнивания и т.д.

извлечение в виде линий, замкнутых многоугольников и т. Д.или 3-D

измерений) захвата. Обучение на вышеупомянутом шаге

должно выполняться разными подходами к редактированию

и для разных типов примитивов

.

3. Тренинг для обработки фотограмметрических изображений

Для обучения используются несколько источников данных, один из

– это аналогичные изображения в масштабе 1: 6000, охватывающие

восточно-северной части города Вильнюс. Диапозитивы аэрофотоснимков

, снятых аналоговой аэрофотоаппаратом

(RMK TOP), были преобразованы в цифровой формат с размером пикселя

14 мкм.В распоряжении имеется сертификат калибровки аэрофотоаппарата и

данных контрольных точек.

Несмотря на то, что технологии фотограмметрического картирования

обращаются в сторону цифровых технологий, традиционные фотограмметрические методы

(аналитические и в

в некоторых случаях аналогичные) могут быть использованы для макета основных принципов фотограмметрической обработки

.

Следовательно, цифровые фотограмметрические технологии

не могут быть полностью заменены в процессе обучения

относительно лучшего понимания основ геометрии фотограмметрического моделирования

.Например, используются аналитические фотограмметрические технологии

, когда цифровая аэротриангуляция

не будет корректно работать в сложных условиях местности

, таких как высокие городские районы, большой перепад высот

в сфотографированной области,

местности с сильной растительностью и т. Д. .

С учетом вышеперечисленных фактов обучение аэротриангуляции

проводится с использованием аналоговых изображений

для измерения координат изображения по аналогу

компьютеризированный прибор Zeiss Stereocomparator или

Stecometer и юстировка связочного блока осуществляется с помощью программного обеспечения

NLHBUNT , разработан в Университете сельского хозяйства

, Норвегия.

Функции оцифровки аналогового стереоплоттера

Wild A8 используются для сбора данных об объектах и ​​линейного извлечения

признаков из аэрофотоснимков.

Без сомнения, аналоговые приборы

не могут больше использоваться для огромного количества практических измерений

. В настоящее время

принадлежит истории фотограмметрии.

3.1. Захват 3-D данных

Одной из основных задач фотограмметрической обработки

является извлечение признаков, оцифровка в пространственном режиме

и получение векторных данных из стереоизображений.В учебном процессе

по данному предмету используется аналитический плоттер Zeiss

Стереоплоттер PLANICOMP P3 с ориентацией изображений

, программное обеспечение P-CAP. Этот прибор находится в отличном рабочем состоянии

и дополнительно оборудован (по адресу

Институт фотограмметрии Боннского университета, Германия)

камерами CCD. Это очень важно с точки зрения образования

, потому что идентификация точки и интерпретация признаков

можно наблюдать на мониторах как скважина

(рис. 1).Полученные геоданные из стереоизмерений

можно использовать в среде ГИС, такой как ArcView,

,

AutoCad и т. Д.

Рис. Создание модели здания D

) может быть выполнено с помощью цифровой системы

InJECT, разработанной в Институте фотограмметрии

Боннского университета.Пользователь InJECT поддерживается

инструментами с моделированием сайта. Фрагмент извлечения зданий

из аэрофотосъемки представлен на Рис. 2.

Рис 2. Фрагмент выделения здания методом каркасной адаптации

методом

Рис 2. Фрагмент выделения здания каркасным способом

методом адаптации

3.2. Изготовление ортофотопланов и фотограмметрия

восстановление

Ортофотопланы являются основным продуктом ортотрансформирования цифровых стереоизображений

.

Дидактическая цифровая фотограмметрическая система

(DDPS) используется в образовательных целях при создании ортофотопланов

, а также цифровой фотограмметрической станции

LISA.

29–33

Фотограмметрия – обзор | Темы ScienceDirect

Фотограмметрия

Фотограмметрия – это наука и технология выполнения измерений с использованием фотографий. Хотя аэрофотоснимки кажутся похожими на карты тем, как они представляют план Земли, все аэрофотоснимки будут содержать некоторые позиционные ошибки, что означает, что их нельзя использовать напрямую для точных измерений расстояний, площадей или направлений.Фотограмметрический процесс предназначен либо для получения точной информации из аэрофотоснимков, либо для создания фотографического изображения, из которого были удалены все ошибки.

Лаусседат впервые предложил использовать фотографии для съемки и составления карт в 1840-х годах, но фотографические технологии того времени не подходили для этой цели. После ранних работ Лаусседата, в которых использовалась камера lucida, основное внимание в разработках уделялось архитектурным приложениям. Практическая фотограмметрия для географических приложений началась в 1880-х годах с использованием фотографий, сделанных с земли, так называемая земная фотограмметрия.В основном эти ранние географические приложения были ограничены горными районами, где камеру можно было использовать для получения изображений областей, которые было бы трудно или опасно исследовать на земле.

Девиль был ответственен за самые ранние попытки использовать фотографию для картографирования в Северной Америке, когда он использовал эту технику для картографирования во время строительства Канадской Тихоокеанской железной дороги, при съемке границ и в Скалистых горах.

Первые успешные попытки фотограмметрии обычно включали графические методы для отображения деталей, но в первые годы 20-го века независимые исследователи в Европе и Южной Африке разработали инструментальные методы, которые повысили точность и скорость построения.Эти ранние инструментальные методы подходили только для наземной фотографии; Первые действительно успешные инструменты, предназначенные для использования в аэрофотосъемке, появились только в конце 1920-х годов. Огромное расширение использования аэрофотосъемки для создания и редактирования карт во время Первой мировой войны, таким образом, зависело от простых графических методов или использования оптических проекционных систем, таких как эпидиаскоп. Тем не менее к концу Первой мировой войны аэрофотосъемка стала стандартным картографическим инструментом.

Инструменты, впервые разработанные в конце 1920-х годов, такие как Zeiss C4, Wild A5 и Multiplex (рис. 5), и инструменты, разработанные на основе этих ранних моделей, были ответственны за то, что инструментальная фотограмметрия стала принятой в качестве стандартной методологии для самое отображение. Их развитие также привело к огромному расширению охвата доступными топографическими картами. До Второй мировой войны несколько стран Африки, Азии или Южной Америки имели полное картографическое покрытие среднего масштаба (в диапазоне от 1:25 000 до 1: 100 000).Хотя можно утверждать, что холодная война была причиной того, что большая часть мира была нанесена на карту в десятилетия после Второй мировой войны, именно фотограмметрия сделала возможным нанесение на карту. Первоначально графическая техника, называемая построением радиальных линий, также была широко распространена, но к концу 1960-х годов она вышла из употребления.

Рис. 5. Представленный в конце 1920-х годов мультиплексор Zeiss был первым типом фотограмметрического прибора, который сделал инструментальную фотограмметрию более рентабельной, чем ручные методы построения деталей и контуров.Эти инструменты также были способны выполнять аэротриангуляцию, что сокращало объем наземных съемок, необходимых для управления картированием. Подобные инструменты использовались до 1970-х годов.

В 1970-х годах появился новый тип фотограмметрических приборов – аналитический плоттер. Первое поколение инструментов, обычно называемых аналоговыми плоттерами, полагалось на оптическое перепроецирование фотографических изображений для создания теоретически правильной модели или имело механическую проекционную систему, которая имитировала оптическую систему.Эти инструменты необходимо было производить в соответствии с очень строгими стандартами и требовать частой калибровки для обеспечения точных измерений, что делало инструменты дорогими в производстве и обслуживании. Кроме того, типы фотографий, которые можно было использовать в них, были ограничены, а возможности для автоматизации процесса сбора данных были ограничены. Аналитические инструменты, которые используют математическую модель вместо физической модели в качестве основы для измерения, предлагают значительные преимущества. Эти инструменты можно было использовать практически для любой фотографии, для которой были доступны или могли быть получены данные калибровки, производство инженерных деталей было простым и относительно дешевым, и они предлагали возможность автоматизации.Дополнительным важным преимуществом аналитических инструментов было то, что операторам не требовался такой же уровень навыков, который необходим для достижения хороших результатов с использованием аналоговых инструментов.

Аналитические инструменты изначально были дороже аналоговых, но в значительной степени это было связано с высокой стоимостью вычислительной мощности, необходимой для вычисления модельных решений в реальном времени. Поскольку стоимость вычислительной мощности упала в 1980-х годах, аналитические инструменты быстро стали намного дешевле аналоговых инструментов, и производители перестали их производить; однако, поскольку аналоговые инструменты получили такое широкое распространение, они продолжают использоваться во многих частях мира.

Доминирование аналитических инструментов длилось недолго. В начале 1990-х годов доминирование было оспорено цифровыми или компьютерными фотограмметрическими решениями. При таком подходе печатные фотографии заменяются отсканированными аэрофотоснимками или данными сканирования, что позволяет использовать методы автоматического сопоставления (или корреляции) изображений для выполнения в основном ручных функций более ранних решений. Помимо ускорения ряда процессов, это также позволило использовать персонал с более низким уровнем знаний и навыков, чем у более ранних методов.Впервые это открыло возможности настольных решений для нефотограмметристов.

Также произошел значительный сдвиг в приложениях, в которых применялась фотограмметрия. Традиционно он в значительной степени ассоциировался с топографическим картированием в средних и крупных масштабах, что вместе с военными приложениями было основным движущим фактором его развития. В 1950-х годах появился новый вид фотограмметрии – ортофотография. Целью ортофотографии является создание изображения, имеющего геометрические свойства обычной линейной карты, с информационным содержанием исходной аэрофотоснимка или сканированного изображения.Карты на основе аэрофотосъемки создавались с 1930-х годов, но им не хватало геометрических свойств обычных линейных карт. Ряд ранних фотограмметристов пытались создать ортофотоплан, но они не увенчались успехом из-за технических ограничений в оборудовании. Первый важный прорыв был сделан в Геологической службе США, где Рассел К. Бин продемонстрировал прототип плоттера в 1955 году.

До начала 1990-х годов ортофотография в основном использовалась вместо линейных карт, где обычная карта давала неадекватные результаты. представление пейзажа.Примерно в 1990-х годах две независимые разработки объединились, чтобы увеличить спрос на ортофотопланы и удешевить производство изображений. Увеличение спроса было вызвано более широким использованием ГИС. Пользователи ГИС начали понимать, что линейные карты часто не подходили для работы ГИС, и что более высокая информативность ортофотопланов сделала их более подходящими для этих целей. Развитие цифровых фотограмметрических систем также привело к резкому снижению стоимости производства ортофотопланов, поскольку они могут быть созданы с минимальным вмешательством оператора.Побочным продуктом производства ортофотопланов является цифровая модель местности (ЦМР), что позволяет повысить рентабельность визуализации местности и пролетов.

В последние годы холодной войны оружейные программы правительства США создали спрос на DTM для наведения ракет. Цифровая фотограмметрия отчасти была ответом на эту потребность. Окончание холодной войны означало, что технологии, ранее считавшиеся стратегически уязвимыми, могут быть сняты ограничения и сделаны более широко доступными.Одной из таких технологий была спутниковая съемка с высоким разрешением. Ранее эта технология была ограничена так называемыми спутниками-шпионами, но в более спокойной атмосфере 1990-х годов правительство США санкционировало запуск первого поколения гражданских спутников высокого разрешения. Доступность данных с этих спутников, а также простота использования цифровой фотограмметрии и ее относительно низкая стоимость привели к тому, что она существенно повлияла на использование фотограмметрии в таких областях, как планирование.Фотограмметрия в настоящее время широко используется для моделирования новых разработок путем комбинирования визуализаций местности с чертежами САПР предлагаемых разработок.

В начале 21 века основные производители представили первые цифровые камеры, разработанные специально для аэрофотосъемки. Эти новые камеры позволили картографическим организациям иметь полностью цифровой производственный поток от изображения до окончательных карт. Этот процесс дает значительные преимущества по стоимости по сравнению с использованием пленочных фотоаппаратов, когда пленка должна быть отсканирована для создания цифрового изображения для использования в фотограмметрических системах для электронных копий.Высокая начальная стоимость камер и существующие капитальные вложения в более традиционные подходы удерживали многие организации от перехода на полностью цифровые технологии, но внедрение недорогих камер такими компаниями, как Vexcel, привело к более быстрому внедрению этой технологии. Использование малогабаритных цифровых камер, установленных на БПЛА, в сочетании со все более сложным фотограмметрическим программным обеспечением, бросает вызов более традиционным фотограмметрическим решениям. Стремление к разработке этих новых систем в значительной степени обусловлено коммерческими требованиями, а не военными требованиями, которые лежали в основе разработок в 20 веке.Такие компании, как Google и Microsoft, которые создают трехмерные модели городов, которые можно использовать для продажи рекламы, теперь являются крупными игроками в фотограмметрии. В 2006 году Microsoft приобрела Vexcel в рамках этого шага в области фотограмметрии.

На протяжении большей части ХХ века аэрофотосъемка для географического анализа и аэрофотосъемка для фотограмметрии вполне успешно сосуществовали. В оптимальных условиях одни и те же изображения могут использоваться для обеих целей, соответственно снижая стоимость каждой из них.Ранние цифровые камеры, разработанные специально для фотограмметрии, угрожали этим отношениям, поскольку они не предлагали возможности стереоскопического просмотра. Последнее поколение камер позволяет использовать как фотограмметрических, так и географических пользователей, восстанавливая взаимовыгодные отношения.

Альтернативные типы изображений начинают бросать вызов господству цифровых фотографических систем. Среди них – облака точек LiDAR, которые можно использовать для создания 3D-моделей как земли, так и сооружений.LiDAR часто включается в число датчиков в мобильных картографических системах, которые также включают GNSS, инерциальную навигацию и цифровые фотографические системы. Мобильные картографические системы все чаще разрабатываются для работы с роботами, что позволяет использовать их в опасных средах. Другие системы, такие как структура из движения, позволяют получать данные из видеоизображений, а не из изображений с фиксированным кадром.

ГЕОДЕЗИЯ И ФОТОГРАММЕТРИЯ | КАСПИЙСКАЯ ГЕОМАТИКА

CASPIAN GEOMATICS LLC имеет большой опыт в различных областях применения геодезии.Одним из таких приложений является исполнительная съемка. Выполняем точные геодезические изыскания железобетонных элементов (колонна, стена, перила, лестница, лифт и др.) На строительных площадках или в существующих зданиях. Во время исполнительного обследования мы определяем средний уровень входов, существующие коммуникационные детали (диаметр, материал, крепление и т. Д.) На всех этажах и во всех межэтажных зазорах. На всех этажах определяется нижний уровень этажей, перекрытия и перила, в зависимости от технического задания выполняется распределение уровней этажей с м 2 .При этом, для определения геометрических размеров оконных, дверных и иных щелей фиксируются отдельные профили для каждого входа и выполняется балансировка геодезических опорных пунктов на каждом этаже с их разметкой. По желанию Заказчика здания могут быть как в едином плане, так и в плане этажей. Следует отметить, что при составлении топографических планов и подготовке исполнительных документов геодезических измерений мы соблюдаем все нормативные документы на основании инструкции.Мы выполняем свои работы с высочайшей точностью как в плане, так и по вертикали.

Следует отметить, что выявление всех методически возникающих отклонений в процессе строительства при исполнительном обследовании, а также определение реальных координат и высот возводимого объекта, уточнение размеров отдельных частей обязательно должно производиться. Несмотря на критерии, которые не были учтены Заказчиком, мы учитываем все детали и даем необходимые консультации.

Один из наших обширных опытов – сельское хозяйство.С целью осуществления сельскохозяйственных работ в любом месте и создания инфраструктуры (дороги, электричество, водопровод и т. Д.) Необходимо провести предварительную оценку поля, которая возможна в результате выполнения детальных топографических работ. опрос. Кроме того, необходимо спроектировать поле, которое требует использования топографических планов. Для выращивания различных сельскохозяйственных культур на полях, CASPIAN GEOMATICS LLC подписала многочисленные контракты на выполнение инженерно-топографических работ в поле.Следует отметить, что у нас есть некоторые методические подходы, которые можно применить в сфере сельского хозяйства. Эти методы включают в себя методы тахометрической и GPS-съемки, которые считаются традиционными, методы фотограмметрической съемки (создание ортофотопланов пахотных земель / DEM / DTM) с помощью ДРОН (БПЛА-беспилотный летательный аппарат), а также использование интегрированных прикладных методов с с целью составления ортофотопланов применялись методы дистанционного зондирования Земли высокого разрешения. Наша компания имеет особый потенциал в применении всех перечисленных методов.

Обычно при топографической съемке сельскохозяйственных полей территория проекта анализируется в камеральном виде, используются существующие картографические материалы, а также анализируется структура поверхности поля, а также используются аэрокосмические данные различного разрешения. После этого территория оценивается с точки зрения применяемой методики. На следующем этапе мы рассматриваем вопросы возведения нами опорных геодезических станций или использования существующих государственных геодезических станций. На этой основе решаются такие вопросы, как измерение станций в статическом или других режимах, расчет и балансировка результатов измерений.В этих измерениях выбираются опорные базовые точки (станции RTCM-REF GNSS), обеспечивается связь с опорными точками и выбираются средние критерии наблюдения. Устройство централизовано над точкой, и измеряется высота. Как метод, фиксированные эталоны рассчитываются на основе станций GNSS.

Для обследования местности работа может производиться с подключением к сети AZPOS и с использованием метода GPS-съемки. При этом может использоваться и метод тахометрической съемки. Но этот метод требует много времени, но проект можно реализовать с логическим завершением.На больших полях этот метод можно считать непригодным с точки зрения времени. Если Заказчику требуется выполнить работу в короткие сроки, в этом случае можно нанять больше сотрудников или использовать другие методы. С точки зрения времени эффективные методы могут включать наземную лазерную съемку или аэрофотосъемку (LIDAR). Для большей точности мы применяем фотограмметрический метод как другой. По нашему опыту, у нас были такие случаи, когда мы применяли разные методы в одном и том же проекте. При применении фотограмметрических методов рассматриваются вопросы планирования полета для аэрофотосъемки и его точного выполнения.Исходя из этого, для обеспечения точности результатов и их контроля на площадках устанавливаются фотограмметрические опорные станции, измеряются их координаты и высота. При оснащении летательного аппарата качественной фотокамерой получаются снимки высокого разрешения. Обработаны аэрофотоснимки, изготовлена ​​и сбалансирована аэротриангуляционная модель.

Одним из методов, применяемых на сельскохозяйственных полях, является метод дистанционного зондирования (ДЗ). Метод РС широко применяется в сельском хозяйстве.Сюда входит спектральный анализ. Информация о применении ДЗ в сельском хозяйстве и других областях подробно представлена ​​в разделе Remote Sensing http://caspiangeomatics.com/em_portfolios/remote-sensing-solutions/. Но данные ДЗЗ можно также использовать для создания ортофотопланов сельскохозяйственных полей с высоким разрешением. Таким образом, определяются опорные точки (Geodetic Control Points), уточняются координаты и отметки одних и тех же точек. На основе этих точных ортофотопланов реализованы привязки к опорным точкам.

Следует отметить, что у нас есть такие услуги, как определение земельного поля, пригодного для возделывания, цифровое моделирование местности и, в конечном итоге, установка ГИС на территории проекта. Вместе с тем, у нас есть определенный опыт планирования пашни (реализации проекта). Мы выполняем как планировочные работы, так и переносим их на природу по современным программам. В то же время мы оказываем консультационные услуги по нашей сфере деятельности.

CASPIAN GEOMATICS LLC отличается применением геодезии и фотограмметрии во многих областях.Доступны такие услуги, как, в основном, топографическая и фотограмметрическая съемка, нивелир, расчет объема, проверка и анализ геодезических сетей, доступных в этом районе, оценка, а также исполнительные изыскательские работы, съемка ДРОН (беспилотный летательный аппарат). При этом доступны такие услуги, как топографическая съемка рельефа, моделирование, топографическое обеспечение в ландшафтном дизайне, разного класса планировки, тахометрическая съемка, геометрические расчеты, установка постов, выполнение обследования внутренней и фасадной части здания в строительной сфере. .

НЕКОТОРЫЕ ИЗ ПОДОБНЫХ ПРОЕКТОВ, КОТОРЫЕ МЫ ВЫПОЛНЯЛИ

  1. Изготовление цифровой карты города Шуша. Государственное агентство по туризму Азербайджанской Республики (ноябрь 2020/2021 – январь)
  2. Создание геоинформационной системы экономических районов «Юхарский Карабах» и «Кельбаджар-Лачин». Государственное агентство по туризму Азербайджанской Республики (ноябрь 2020/2021 – январь)
  3. Создание географической информационной системы и изготовление цифровых карт территории Национального историко-архитектурного заповедника «Юхари Баш», включенного в Список всемирного наследия ЮНЕСКО, который является историческим центром Шеки.Государственное агентство по туризму Азербайджанской Республики (ноябрь-декабрь 2020 г.)
  4. Обследование морского дна на проектной территории (Ленкорань) и изучение активных эрозионных процессов в прибрежных зонах (2020 / август-сентябрь)
  5. Выполнение батиметрической съемки в дельте и бассейне Каспийского моря (2020 / май-июнь)
  6. Внедрение ОС SONAR (гидролокатор бокового обзора) и батиметрическая съемка в бассейне Каспийского моря (2020 / апрель)
  7. Создание цифровых карт некоторых районов Азербайджана на основе ГИС по контрактным территориям (2019 / август)
  8. Инженерно-топографические изыскания на площади 8000 га массива Джейранчол (2018-2019 гг.)
  9. Выполнение батиметрических исследований на южном побережье Каспийского моря (2018 / август)
  10. Выполнение батиметрических исследований на отдельных участках бассейна Каспийского моря (2018 / февраль-март)
  11. Выполнение батиметрических исследований на акватории Каспийского моря (2018 / февраль-март)
  12. Проект выполнения инженерно-геодезических работ в нежилом здании (2018 / июнь)
  13. Выполнение топографических работ на площади 3200 га Евлахского и Геранбойского районов (2018 / август)
  14. Проект «Ортофотоплан и создание топографической карты 7000 га территории Саатлинского района» (январь / февраль 2018 г.)
  15. Проект реабилитации озера Беюкшор Фаза 2 – Инженерно-технический надзор (IQLIM LTD) (2018)

См. Также:

Дистанционное зондирование
Геологические и геофизические исследования
GIS Solutions
Гидрографические исследования
Картография

ИНЖЕНЕР ПО ФОТОГРАММЕТРИИ И ГЕОДЕТИЧЕСКИМ ИЗЫСКАНИЯМ – Государственное картографическое бюро – UW – Madison

Это список вакансий СРОК ДЕЙСТВИЯ.Не претендовать на эту должность!

Департамент транспорта штата Висконсин ищет творческих, трудолюбивых людей, которые хорошо работают независимо и как член команды, обладают хорошими аналитическими навыками и могут координировать геодезические и картографические работы по всему штату. В обязанности входит администрирование контрактов на фотограмметрические услуги; оценка качества продукции; и исследование новых технологий, процедур и оборудования, которые повысят эффективность, что приведет к снижению затрат и повышению качества рабочих продуктов.

ОБЯЗАННОСТИ РАБОТЫ: Выполнять обязанности руководителя программы для инициатив по автоматизированной съемке и картированию, связанных с фотограмметрической инженерией, а также с съемкой с использованием традиционной и глобальной системы позиционирования (GPS). Координировать разработку контрактов, отбор консультантов и администрирование контрактов для Секции геодезии и картографии; контракты на фотограмметрические продукты / услуги (цифровые модели местности, аэрофотоснимки и т. д.), фотограмметрическое позиционирование и геодезический контроль.Возглавьте программу постоянного контроля и обеспечения качества для обеспечения фотограмметрического качества продукции. Изучите и оцените новые технологии и методы для увеличения экономии и повышения эффективности. Продвигайте и улучшайте области фотограмметрии и автоматизированных опросов. Разрабатывать, координировать и обеспечивать обучение и техническую поддержку сотрудников DOT, консультантов и других агентств. Развивать и поддерживать хорошие рабочие отношения с разными людьми; рабочие группы и комитеты; местные, государственные и федеральные агентства; государственные и частные поставщики и консультанты; и университеты, чтобы продвигать и расширять геодезическую и картографическую деятельность.

ЗНАНИЯ, НАВЫКИ И СПОСОБНОСТИ: Знание: инженерных принципов и практик, применяемых при размещении, проектировании, строительстве и обслуживании всех типов автомагистралей, мостов и связанных с ними сооружений; законы, кодексы, стандарты и спецификации автомобильных дорог, относящиеся к дорожному строительству; методы управления проектами; методы исследования; методы контроля и обеспечения качества; методы тимбилдинга; и методы разработки, администрирования и анализа договоров о профессиональных услугах с консультантами по геодезической съемке и фотограмметрической продукции.Технические навыки, позволяющие обеспечить техническое руководство, помощь, обучение и консультации по темам, связанным с фотограмметрией, инженерными изысканиями и инженерно-геодезическими работами. Эффективные устные и письменные коммуникативные навыки, включая навыки публичных выступлений. Способность устанавливать и поддерживать эффективные рабочие отношения с коллегами, подчиненными, другими агентствами и общественностью. Организационные навыки. Владение компьютером (владение Microsoft Office). Лидерские навыки. Умение планировать и управлять деятельностью профессионального и технического персонала.

Заполненные материалы заявки необходимо получить до 16:30. 19 марта 2007 г. .

2 основных направления геопространственного интеллекта | Будущие кадры США для геопространственного интеллекта

, объектно-ориентированная сегментация изображений, поддержка векторных машин), обнаружение изменений и анимация, а также интеграция данных цифровых удаленных датчиков с другими геопространственными данными (например, почва, высота, уклон) с использованием ГИС (Jensen et al., 2009). Также необходимы навыки интерпретации видеоизображений в реальном времени, полученных со спутников, суборбитальных и беспилотных летательных аппаратов.

Программы обучения и профессиональной подготовки

В университетах США нет факультетов дистанционного зондирования (Mondello et al., 2006, 2008). Вместо этого различные отделы предлагают программы получения степени по дистанционному зондированию как часть степени в других областях, в том числе

.

• география (все виды дистанционного зондирования),

• природные ресурсы / экология (все виды дистанционного зондирования),

• инжиниринг (проектирование сенсорных систем и все виды дистанционного зондирования),

• геоматика (все виды дистанционного зондирования),

• геология / геонауки (все виды дистанционного зондирования и георадиолокации),

• лесное хозяйство (все виды дистанционного зондирования, но особенно лидарные),

• антропология (особенно использование аэрофотосъемки и георадара) и

• морская наука (особенно использование аэрофотосъемки и гидролокатора).

Некоторые из этих программ предлагают курсы лидара; большая часть инструктажа по лидарным исследованиям проводится в рамках других курсов дистанционного зондирования.

Десятки кафедр в четырехлетних университетах предлагают курсы по дистанционному зондированию. Выбранный список кафедр, специализирующихся на дистанционном зондировании, представлен в Таблице A.3 в Приложении A. Программы по географии предлагают больше курсов дистанционного зондирования и предоставляют больше степеней по всем типам дистанционного зондирования, чем по любой другой дисциплине.

Насколько можно определить, в двухгодичных колледжах предлагается несколько курсов дистанционного зондирования, и нет ученых степеней со специализацией в дистанционном зондировании. Обучение дистанционному зондированию также доступно через семинары и вебинары, организуемые профессиональными сообществами, а также онлайн-обучение и степени, предлагаемые университетами.

КАРТОГРАФИЯ

Картография фокусируется на применении математических, статистических и графических методов в картографии.Дисциплина изучает теорию и методы понимания создания карт и их использования для позиционирования, навигации и пространственного мышления. Компоненты дисциплины включают принципы информационного дизайна для пространственных данных, влияние масштаба и разрешения, а также картографические проекции (Slocum et al., 2009). Часто анализируемые темы включают оценку параметров дизайна, особенно тех, которые связаны с внешним видом, иерархией и размещением символов, а также оценку визуальной эффективности.Другие подчеркнутые темы включают преобразования и алгоритмы, точность данных, а также качество и неопределенность данных. Картография также ориентирована на автоматизацию производства, интерпретации и анализа отображаемых карт в бумажной, цифровой, мобильной и онлайн-форме.

Среди ключевых задач, которые входят в состав картографии в NGA, входят ведение данных о географических названиях, создание стандартных карт покрытия для районов за пределами Соединенных Штатов, а также создание морских и аэронавигационных карт (например, рисунок 2.7). Оперативные потребности вооруженных сил в цифровых версиях стандартных карт и схем расширились с увеличением доступности автоматизированных навигационных систем.

Evolution

Корни картографии уходят в геодезию и топографию, разведку полезных ископаемых и природных ресурсов, морскую торговлю, а также зарисовки и литографические изображения ландшафтов геологами и географами. Формальная дисциплина картографии восходит к концу 1700-х годов, когда Уильям Плейфэр начал отображать тематическую информацию о демографических, медицинских и социально-экономических характеристиках.Военные и стратегические приложения, особенно навигация и баллистика, привели к многим важным достижениям в картографии. Улучшения в печати, полете, пластике и электронике поддержали картографическое производство, распространение, сохранение, пространственную регистрацию и автоматизацию.

Конец Второй мировой войны создал избыток обученных географов, которые перешли с военной разведки на академические должности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *