Введение 3
Глава 1. Современные методы наземной фотограмметрии 7
1.1 Способы получения данных для наземной фотограмметрии 7
1.2 Приборы, используемые для сравнения 11
1.3 Программное обеспечение для наземной фотограмметрии 22
Глава 2. Получение плотного облака точек в ПО Trimble Business Center 29
2.1 Полевые измерения 29
2.2 Импорт и группировка фотостанций 31
2.3 Поиск связующих точек и уравнивание фотостанций 33
2.4 Создание плотного облака точек с Trimble V10 38
2.5 Создание плотного облака точек с Trimble VX и Trimble SX10 42
2.6 Измерение фототочек для элементов здания 46
Глава 3. Фототочки как основа для геопространственного моделирования 51
3.1 Отрисовка элементов здания с помощью ПО Trimble Business Center... 51
3.2 Вычисление СКО измерения линейных элементов 53
Заключение 57
Список использованной литературы 59
Приложение
На сегодняшний день геодезия - наука, изучающая форму и размеры всей Земли в целом или отдельных её частей посредством геодезических измерений [1]. Как наука геодезия состоит из многих самостоятельных дисциплин, каждая из которых решает свои собственные научные и практические задачи. Одной из таких дисциплин является фотограмметрия.
Термин фотограмметрия начинает свою историю с XIX века, практически одновременно с появлением первых фотографий. Зачастую эта наука определяется как процедура получения пространственных данных объекта и непосредственно его характеристик в определенной системе координат по результатам обработки двух или более фотографий, выполненных с разных направлений или же ракурсов [2,16].
В процессе формирования фотограмметрии выделяют несколько стадий, которые можно разделить на цифровую и аналоговую фотограмметрию. Каждый из этих этапов развития дисциплины имеет свои особенности, хотя на сегодняшний день мы можем говорить лишь о тех преимуществах цифровой формы записи изображения по отношению к аналоговой форме записи, которые позволяют нам использовать весь потенциал современной наземной фотограмметрии. В отличие от аналоговой фотограмметрии, где для решения поставленных задач требовалось сначала обработать фотоплёнку, затем создать оптико-механический прибор, который будет отвечать всем требованиям точности для решения обратной фотограмметрической засечки, цифровая фотограмметрия является самой удобной и практичной как для создания цифровых изображений, их хранения, так и для постобработки огромного массива полученных снимков. Конечно, нельзя не сказать о том, что цифровая фотограмметрия отличается очень высокой скоростью работы на всех этапах: от создания самих снимков до получения пространственных координат на уже готовой фотограмметрической модели объекта [3].
У любой технологии всегда есть свои как положительные, так и отрицательные стороны. Наземная фотограмметрия также не является исключением. Конечно, безусловным плюсом является то, что получение полевых данных экономит нам достаточно большое количество времени, поскольку процесс создания фотоснимков обычно проходит довольно быстро, если только это не съёмка объектов на долгой выдержке, но поскольку нас интересует получение детализированных снимков, то лучший способ для получения таких фотографий - съёмка на минимальных значениях выдержки фотоаппарата, но при условии, что нам достаточно освещенности. Говоря о минусах технологии, можно упомянуть тот факт, что для быстрой обработки снимков нам потребуются электронно-вычислительные машины с достаточно большой мощностью, а это уже существенно влияет на стоимость оборудования для обработки полученных данных. Также к минусам данной технологии следует отнести то, что для наземной фотограмметрии самым главным фактором получения хороших полевых данных является хорошие погодные условия.
После того, как вся постобработка начала проводиться на электронновычислительных машинах (персональных компьютерах), данные, полученные с приборов в виде снимков, вводят в цифровом виде. На сегодняшний день в цифровой фотограмметрии применяется определение «пиксел». Пиксел - элементарная единица изображения, представленного в растре, которая описывается в системе координат монитора двумя координатами х, у. Физически пиксел представляет собой квадрат, где размером пиксела будем называть длину одной из сторон этого квадрата. Зная размер пиксела, с которым выполнены фотографии или проведено сканирование аналоговых фотоснимков, мы можем говорить о точности проводимых измерений [4].
Помимо применения данной научно-технической дисциплины в создании топографических карт и планов, так называемая фототопография, существует возможность использования всех достоинств фотограмметрии в совершенно различных сферах жизни:
• Медицина
• Кинематография
• Архитектура
• Лесное и сельское хозяйство
• Защита окружающей среды
Конечно, список на этом не заканчивается и есть еще много различных направлений для применения фотограмметрии. Но, безусловно, приоритетным направлением остаётся использование возможностей фотограмметрии в современной геодезии. Как уже было сказано ранее, по умолчанию, фотограмметрия применялась для картографирования и составления ортофотопланов местности [5], но помимо этого существует возможность построения поверхностей и создания плотных облаков точек с целью вычисления объёмов и площадей, а также проведения измерений отдельных точек на местности или на здании, проведение угловых и линейных измерений. Технологии развиваются, а вместе с ними изменяется и сама процедура проведения измерений. И основная задача технологий - это повысить их точность и добиться автоматизации.
Актуальность рассмотрения именно данного направления обусловлена следующими преимуществами наземной фотограмметрии:
1. Высокая точность измерений. Это достигается благодаря использованию цифровых метрических камер, в которых с достаточной точностью известны элементы внутреннего ориентирования.
2. Высокая эффективность. Поскольку мы измеряем непосредственно снимки объекта, а не сам объект.
3. Подлинность данных. Так как сведения об объекте получаются методом фотосъёмки.
4. Оперативность. Мы можем узнать достаточно быстро состояние не только самого объекта, но и о многих его составляющих.
5. Защищенность человека при выполнении работы, поскольку большая часть измерений проводится уже в камеральных условиях.
Учитывая вышесказанное, перейдём к формулировке основной цели данной работы.
Основная цель - сравнение нескольких приборов с точки зрения получения плотного облака точек по готовым фотографиям, выполненных с этих приборов. Но один из них разработан непосредственно для наземной фотограмметрии (Trimble V10), а второй и третий являются сканирующими тахеометрами (Trimble VX и Trimble SX10), но данные тахеометры также используют технологию Trimble VISION, которая предоставляет данные с помощью интегрированных в прибор метрических камер для создания высококачественного визуального представления в офисном программном обеспечении. Именно с помощью этой технологии получаются изображения необходимого объекта, которые выполняются c необходимым перекрытием (определенным для каждого прибора) для получения фотопанорам и дальнейшей фотограмметрической обработки [6].
Для того, чтобы цель была достигнута, нам необходимо сформулировать и выполнить несколько основных задач:
1. Выбрать необходимый полевой материал, который будет использован для дальнейшей обработки.
2. Сравнить технологию получения плотного облака точек для выбранных приборов в ПО Trimble Business Center
3. Получить плотное облако точек по фотографиям для выбранного объекта
4. Определить достоинства и недостатки использования каждого прибора в наземной фотограмметрии
5. Рассмотреть возможность применения облака точек в качестве основы для создания пространственной модели здания
За время выполнения выпускной квалификационной работы мною было изучено несколько технологий:
1. Создание облака точек по данным наземной фотограмметрии
2. Проведение измерений фототочек и применение их в качестве основы для дальнейшего моделирования.
При сравнении нескольких приборов, которые способны проводить фотосъёмку калиброванных изображений, были получены результаты для каждого из них. Исходя из этого, можно сделать несколько выводов:
1. Поскольку основной задачей являлось получения плотного облака точек, то, очевидно, что наилучшим образом облако получилось при использовании фотоизмерительной системы Trimble V10. При обработке данных с этого прибора было выяснено, что его применение возможно не во всех случаях. Главным условием стало то, что необходима очень хорошая текстурированность измеряемого объекта. Иначе говоря, проводя рекогносцировку, можно сразу сказать, подойдёт ли в данном случае использование фоторовера. Наилучшим образом технология получения облаков точек по данным наземной фотограмметрии будет реализована в случае съёмки кирпичного здания, где программа сможет распознать каждую деталь по разноракурсным изображениям. Остальные приборы, которые использовались для сравнения, показали то, что поставленная задача не является их основной функцией, но с другой стороны, сканирующий тахеометр Trimble SX10 был не изучен полностью, поскольку полевые данные были получены не для целей наземной фотограмметрии, поэтому в данном случае требуется проведение повторных измерений. Технологию VISION в электронном тахеометре Trimble VX лучше всего применять для документирования, окрашивания облаков точек, полученных при помощи технологии наземного лазерного сканирования.
2. Технология измерения фототочек показала себя с хорошей стороны, потому что данная функция является аналогией тахеометра, но главным отличием является то, что измерения можно проводить не в поле, а в помещении, в камеральных условиях. При использовании ПО Trimble Business Center можно использовать измеренные фототочки в качестве некой основы для дальнейшего объединения и построения геопространственной модели здания, которую мы получили в результате обработки всех 2436 измеренных фототочек. Точность полученной модели была оценена путём проведения линейных измерений и сравнения их с истинным значением, для этого была использована формула Г аусса для расчета среднеквадратического отклонения см. формулу (2)
[А2]
п
Результаты проведенных расчетов представлены в Таблице 3.1. Таблица 3.1
Окно Мдлины 17,2 мм
Мширины 14,9 мм
Дверь М-длины 19,4 мм
М-ширины 23,5 мм
Отличия в полученной точности оказались из-за того, что геометрия станций, с которых проводились измерения, была разной, поэтому некоторые фототочки были измерены под острым углом, что снижает надежность измерений. В итоге, анализируя полученные результаты, можно сказать, что данная точность является допустимой, если мы говорим о проведении инженерно-геодезических изысканиях. Полученную геопространственную модель также можно использовать как основу для дальнейшего информационного моделирования.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
