9-11 декабря 2015 года сотрудники компании "Алькомп-Инжиниринг" выступили с докладами на XI научно-практической конференции и выставке "Перспективы развития инженерных изысканий в строительсвтве в Российской Федерации".
Представляем вашему вниманию доклад "Фотограмметрические методы получения 3D модели для инженерных изысканий и строительства как альтернатива методу лазерного сканирования".
Колпакова В., ведущий инженер ООО "Алькомп-Инжиниринг"
Круглова П., ведущий специалист ООО "Датумейт"
Задачи построения 3D моделей, измерения расстояний по фотографиям появились достаточно давно. В связи с этим был разработан математический аппарат, позволяющий решить эти задачи.
Этапы настройки оборудования и обработки изображений при проведении фотограмметрической съемки стандартны и состоят из следующих этапов.
1. Автоматическая калибровка камеры
2. Автоматическое связывание изображений
3. Автоматическая ориентация изображений
4. Автоматический поиск новых точек на изображении
5. Отрисовка 3D плана непосредственно на 2D изображениях
Кроме перечисленных, можно упомянуть такие области, как медицина, военное дело, юриспруденция (например, выявление фактов незаконной застройки), моделирование одежды.
Фотографические методы начали широко применяться после массового появления недорогих легких фотоаппаратов с высоким разрешением. Гексакоптеры и квадрокоптеры также значительно расширили области применения и популярность фотограмметрии.
Фотоаппарат типа «мыльница» с большим разрешением и фиксированным объективом | Телескопический шест (можно использовать рыболовный телескопический подсачек) | Гексакоптер |
Смартфон и ПО для дистанционного управления фотоаппаратом | Тахеометр либо высокоточный GPS навигатор | Программное обеспечение для фотограмметрической обработки изображений |
На желтых иконках показано, какое оборудование применялось для съемок того или иного объекта
Съемка объекта не занимает много времени и состоит из 3 этапов
1. Сфотографировать объект |
2. Выполнить геопривязку контрольных точек |
3. Загрузить данные в программу и обработать их |
Перейдем к практике. Для сравнения двух способов получения трёхмерной модели – фотограмметрическийого метода и лазерного сканирования – была проведена съёмка одного и того же объекта обоими этими методами. В качестве объекта съёмки был выбран действующий карьер, находящийся в Рузском районе Московской области.
Лазерную съемку заказчик выполнял самостоятельно. Для получения трёхмерной модели фотограмметрическим способом были сделаны фотографии с воздуха с помощью небольшого летательного аппарата – квадрокопетера Phantom2.
Квадрокоптер поднимался на высоту приблизительно 80 метров, длительность полёта составляла около 15 минут.
Для выполнения геопривязки на объекте были размещены 8 меток. Метки - белые перекрестья из пластика, равномерно распределенные по объекту. Метки были закоординированы при помощи GPS. Установка и координирование меток заняла около 35 минут.
Ниже показаны фотографии, полученные с квадрокоптера.
На этом этап полевых работ был закончен. Обработку изображений выполняли в офисе. Процесс обработки состоял из следующих этапов: загрузка фотографий, привязка фотографий по закоординированным меткам, выделение интересующих областей, выгрузка (экспорт) полученной трёхмерной модели.
Скриншот загрузки меток геопривязки в программе Datugram 3D.
Облако меток, полученное по результатам лазерной съемки. Облако меток загружено в программу AutoCAD.
Также в программу AutoCAD были загружены точки, полученные после фотограмметрической обработки в программе Datugram 3D.
Облака меток (или 3D модели, или сетки) были наложены друг на друга и выполнено сравнение.
Результат: разница объемов измеренных участков карьера составила 5%. Заказчик счел такой результат удовлетоворирельным и в дальнейшем планирует использовать фотограмметрическую съемку.
На следующих картинках показаны примеры съемок различных объектов фотограмметрическим способом. Сравнения с лазерным методом на этих изображениях нет.
Оборудование
Цели
Трудозатраты
Этапы обработки фотографий
Загружаем фотографии, связываем их в кластеры (автоматически либо вручную).
Отмечаем опорные точки, выполняем геопривязку изображений.
Выделяем области для автоматического построения рельефа.
Модель местности, построенная по результатам фотограмметрической обработки изображений.
Оборудование
Цель
Трудозатраты
Некоторые этапы обработки фотографий
Отмечаем опорные точки, выполняем геопривязку изображений.
Выделяем области для автоматического построения рельефа.
Модель местности, построенная по результатам фотограмметрической обработки изображений.
Оборудование
Цели
Трудозатраты
Некоторые этапы обработки фотографий
Чтобы не повторяться, здесь показаны только два экрана - выделение характерных точек рельефа и результат - модель объекта.
Выделение характерных точек рельефа.
Трёхмерная модель объекта, построенная по результатам обработки изображений.
Оборудование
Цель
Трудозатраты
Некоторые этапы обработки фотографий
Привязка по опорным точкам.
Поиск новых точек и отрисовка в программе.
Результат, полученный с помощью Datugram 3D.
Преимущества
Недостатки
Преимущества
Недостатки