0
0
0

ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ ФОТОГРАМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ СООРУЖЕНИЙ

ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ ФОТОГРАМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ СООРУЖЕНИЙ

В.В. Белоус, С.П. Боднарь

Киевский Национальный университет им. Тараса Шевченко

ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ ФОТОГРАМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ СООРУЖЕНИЙ


Последние годы характеризуются активизацией процессов возрождения памятников историко-архитектурного наследия, что требует выполнения в сжатые сроки значительных объемов фототопографических работ. Внедрение в производство современных фотограмметрических приборов и передовых технологий существенно способствуют ускорению выполнения полевых и камеральных работ стереофотограмметрической съемки памятников архитектуры.

Производительность выполнения стереофотографической съемки сооружений, а также их стоимость в значительной степени зависят от количества снимков.

Стереофотограмметрическая съемка сооружений выполняется, как правило, из базисов, почти параллельных фасадам сооружения. При этом размещение фотостанций и выбор зон перекрытия рекомендуется 1, 2 сходным со стандартной схемой маршрутной аэрофотосъемки с 60% перекрытием снимков, когда правый снимок первой стереопары является левым снимком второй стереопары и т.д. .

 

Такая схема, даже при расчете оптимальных величин базисов и расстояния до сооружения (такими, при которых с необходимой точностью в пределах каждой стереопары фотоснимков был бы отснят, по возможности, наибольший фрагмент фасада) приводит к увеличению количества снимков, как минимум на один , из-за того что непродуктивно тратятся левая часть крайнего левого и правая часть крайнего правого снимков, а также зоны избыточного перекрытия снимков (до 10% по каждому). Это приводит к соответствующему увеличению числа станций при выполнении полевых фотосъемочных работ. Но еще более существенным недостатком использования фототеодолитной съемки фасадов по стандартной маршрутной схеме является двукратное увеличение числа стереопар снимков при выполнении камеральной обработки на универсальных приборах в связи с тем, что обработка выполняется в пределах перекрытия между всеми парами соседних снимков. Это приводит к соответствующему двукратному увеличению времени на ориентировку снимков и модели, а также времени на сведение информации по фрагментам фасада собранных на соседних моделях.

Существенное уменьшение таких расходов возможно при выполнении стереофотографической съемки и камеральной обработки снимков попарно, за счет значительного увеличения перекрытия по каждой стереопаре снимков, которые используются для создания модели и сбора информации (желательно до 100%) и, соответственно, значительного уменьшения перекрытия. между соседними стереопарами, которое необходимо только для сведения информации о соседних моделях фасада. Перекрытие между соседними парами необходимо для обеспечения такого возведения, а также во избежание "мертвых зон", а его величина достаточна в пределах 5-10%.

Для анализа и обоснования возможности и целесообразности использования съемки со стопроцентным перекрытием рассмотрим рис. 2, а также некоторые соотношения, связывающие параметры наземной стереофотографической съемки.

 Соотношение расстояния до объекта Y и базиса съемки B определяется по известной формуле расчета точности фототеодолитной съемки

, (1)

где Y – расстояние до объекта, B – базис съемки, f – фокусное расстояние камеры.

Учитывая, что масштаб съемки определяется отношением фокусного расстояния фото-камеры f и расстояния до объекта Y, для удобства анализа и расчетов запишем формулу (1) в следующем виде:

 , (2)

где M – знаменатель масштаба съемки.

В таком виде формула дает более глубокое понимание зависимости средней квадратичной ошибки от квадрата расстояния до объекта. Становится понятным, что, с одной стороны, СКП пропорциональна расстоянию до объекта, с другой – пропорциональна масштабу снимков, в котором выполняется стереофотограмметрическая съемка сооружения.

Если учесть, что ширина улиц в пределах исторической застройки во многих случаях не превышает 20 м, снимки наиболее распространенной камерой с фокусным расстоянием f = 100 мм могут быть выполнены в масштабе 1:200. Такой масштаб снимков позволяет при последующей камеральной обработке на аналоговых приборах (Технокарт, Топокарт), учитывая реально возможное с точки зрения обеспечения точности четырехкратное увеличение масштаба снимков до масштаба плана, получить планы фасадов в масштабе 1:50, наиболее распространенном масштабе выполнения. проектно-реставрационных работ памятников архитектуры. Использование для обработки таких снимков современных аналитических фотограмметрических приборов и цифровых фотограммметрических станций обеспечивает возможность построения фронтальных планов в более крупных масштабах.

С другой стороны, такой масштаб съемки наиболее целесообразен с точки зрения съемки высоких сооружений в сжатых условиях районов исторической застройки. Так, при съемке вертикальным кадром (l = 160 мм) с горизонтальным расположением оптической оси камеры, возможность съемки сооружения по высоте составляет 15–16 м. При выполнении съемки с наклонной оптической осью камеры возможность съемки сооружения по высоте возрастает до 20–20 м.

 Расчет базиса съемки, выполненный по формуле

, (3)

исходя из заданной точности определения пространственного положения точек сооружения (наиболее по-ширеное значение ), установленных выше параметров съемки (M=200, Y=20 м) и средней квадратической ошибки измерения параллаксов ( ), дает величину 4 м.

Перекрытие P в пределах соседних снимков стереопары подсчитано для определенных выше параметров съемки (M=200, Y=20 м, B=4 м),

, (4)

составляет величину Р = 83%, – для случая выполнения стереофотографической съемки вертикальным кадром, и 87% – для случая выполнения съемки горизонтальным кадром. Такое перекрытие является максимально возможным, с точки зрения обеспечения соответствующей (заданной) точности построения фронтального плана, а его дальнейшее увеличение возможно только за счет компенсации влияния величины базиса в формуле (4), уменьшение величины которого недопустимо, если не вра- скрывать хоть и возможное, но достаточно проблематичное повышение точности измерения снимков.

Компенсация влияния величины базиса, а соответственно и увеличение перекрытия включительно до 100% (рис. 2), возможны только за счет перехода к конвергентному случаю съемки с поворотом одного или двух снимков стереопары. Вообще, такая операция при проведении полевых работ выполняется с помощью визира, входящего в комплект камеры.

Для анализа возможности выполнения стереофотографической съемки с перекрытием до 100% за счет перехода к конвергентному случаю съемки, выполним расчет максимально возможного значения величины угла конвергенции, принимая во внимание, чтобы его величина не превышала 163. Учитывая, что такой анализ носит оценочный характер, выполним расчет по упрощенной формуле

                                , (5)

где = 40 – половина угла поля зрения объектива камеры UMK 10/1318.

Расчет показывает, что при выполнении съемки вертикальным кадром камерой UMK 10/1318 со среднего расстояния до сооружения около 20 метров, угол конвергенции, а соответственно и угол поворота одного из снимков находятся в пределах до 7. Если выполнить поворот до совпадения крайних проектирующих лучей фотокамеры в плоскости фасада сооружения обоих снимков, то величина угла поворота снимков уменьшится вдвое при неизменной величине угла конвергенции.

Другое условие – не превышение порога (16%) разности масштабов снимков, возникающей при отклонении от нормального случая съемки. Выполнение этого условия обязательно для обеспечения стереоэффекта при стереоскопическом наблюдении модели 3.

Определим величину прироста масштабов ближнего плана Ymin и дальнего плана Ymax на краю снимка, развернутого на угол по отношению к масштабу снимка параллельного фасада

. (6)

Результат подстановки указанных выше значений углов и дает прирост масштаба ближнего плана на 9% и уменьшение масштаба дальнего плана на 12%, что указывает на наличие стереоэффекта по всей площади перекрытия снимков. При выполнении съемки с поворотом обоих снимков следует ожидать еще меньших значений величин взаимного прироста масштабов ближнего и дальнего планов фасада в области крайних проектирующих лучей.

Разумеется, обработка снимков с такими углами поворота возможна только на приборах с соответствующими техническими характеристиками. К таким приборам относится "Топокарт", "Технокарт" с компенсаторами углов наклона, а также современные аналитические приборы и цифровые фото-граммметрические системы.

Отечественные аналитические приборы серии АФП "Стереоанаграф" и цифровые фотограммметрические станции ЦФС "Дельта" позволяют обрабатывать фототеодолитные снимки, полученные общим случаем съемки со значительными величинами углов внешнего ориентирования. Согласно паспортным данным величины углов могут достигать 15. Практически получены положительные результаты даже при значениях углов внешней ориентировки до 20. Программное обеспечение этих приборов, хотя и требует некоторой доработки для обработки наземных фотоснимков, успешно может быть использовано при фотограмметрических обмерах сооружений.

Апробация рассмотренной методики стереофотографической съемки со стопроцентным перекрытием проведена на многих объектах (театр им. Ивана Франко, Успенский собор Киево-Печерской лавры, Мариинский дворец, Караимская кенаса в г. Киеве, Владимирский собор в г. Севастополе, Одесский , а также архитектурные памятники жилой застройки) показала высокую эффективность использования ее в условиях застройки городов, особенно при выполнении съемки интерьеров в пространственно ограниченных условиях помещений. Применение этой методики значительно ускоряет выполнение полевых фотосъемочных работ, а также камеральной обработки материалов съемки за счет сокращения количества стереопар снимков. Особенно это касается сооружений с длиной фасада около 25 – 30 метров, размеры которых позволяют выполнить стереофотографическую съемку одной парой снимков общего случая съемки, за счет чего значительно сокращаются не только затраты и срок выполнения полевых и камеральных фотограмметрических работ, но и работ по редактированию, потому что отпадает необходимость сведения информации собранной по отдельным парам снимков.


1. Руководство по применению фотограмметрических методов для составления обмерных чертежей инженерных сооружений / ПНИИИС. – М.: Стройиздат, – 1984. – 312 с.

2. Сердюков В.М. Фотограммметрия: Учеб. пособие для карт. спец. ун-ов. – М.: Высш. шк., 1983. – 351 с.

3. Лобанов А. Н. Фотограммметрия: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1984. – 552 с.

В.В. Белоус, С.П. Боднар