Создание 3D модели сложного фасада с помощью электронного тахеометра
|
Введение 4
Глава 1. Классический и современные методы фасадной съёмки 6
1.1 Координатный метод фасадной съёмки с применением
безотражательного электронного тахеометра 6
1.2 Метод фасадной съёмки с применением лазерного сканера 10
1.3 Фотограмметрический метод фасадной съёмки с использованием
цифровых камер 12
1.4 Объект фасадной съёмки. История КГАО 14
1.5 Оборудование для фасадной съёмки 15
Глава 2. Построение трёхмерной векторной модели южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории 21
2.1 Планово-высотное обоснование для фасадной съёмки 21
2.2 Выбор способа съёмки электронным тахеометром 23
2.3 Определение основных элементов фасада и создание библиотеки
кодов характерных объектов 26
2.4 Геодезическая съёмка южного фасада Казанской Городской
Астрономической Обсерватории с применением безотражательного электронного тахеометра 28
2.5 Обработка фасадной съёмки, выполненной тахеометром Trimble
M3 DR5''. Построение трёхмерной векторной модели южного фасада КГАО 33
2.6 Анализ трёхмерной модели фасада здания КГАО, полученной с
помощью лазерного сканера Trimble TX8 46
2.7 Анализ фотограмметрического метода построения трёхмерной
модели фасада здания КГАО 49
2.8 Сравнение рассмотренных методов построения трёхмерной модели сложного фасада с точки зрения: точности, временных и экономических затрат 53
Заключение 56
Список использованной литературы 59
Приложение А 61
Приложение Б 63
Приложение В 65
Глава 1. Классический и современные методы фасадной съёмки 6
1.1 Координатный метод фасадной съёмки с применением
безотражательного электронного тахеометра 6
1.2 Метод фасадной съёмки с применением лазерного сканера 10
1.3 Фотограмметрический метод фасадной съёмки с использованием
цифровых камер 12
1.4 Объект фасадной съёмки. История КГАО 14
1.5 Оборудование для фасадной съёмки 15
Глава 2. Построение трёхмерной векторной модели южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории 21
2.1 Планово-высотное обоснование для фасадной съёмки 21
2.2 Выбор способа съёмки электронным тахеометром 23
2.3 Определение основных элементов фасада и создание библиотеки
кодов характерных объектов 26
2.4 Геодезическая съёмка южного фасада Казанской Городской
Астрономической Обсерватории с применением безотражательного электронного тахеометра 28
2.5 Обработка фасадной съёмки, выполненной тахеометром Trimble
M3 DR5''. Построение трёхмерной векторной модели южного фасада КГАО 33
2.6 Анализ трёхмерной модели фасада здания КГАО, полученной с
помощью лазерного сканера Trimble TX8 46
2.7 Анализ фотограмметрического метода построения трёхмерной
модели фасада здания КГАО 49
2.8 Сравнение рассмотренных методов построения трёхмерной модели сложного фасада с точки зрения: точности, временных и экономических затрат 53
Заключение 56
Список использованной литературы 59
Приложение А 61
Приложение Б 63
Приложение В 65
Геодезическая фасадная съемка, которую по-другому называют исполнительной съемкой фасада здания, — это исполнительная геодезическая съемка вертикальных поверхностей зданий и сооружений различных архитектурных форм.
Фасадная съёмка применяется для подготовки проекта реставрационных работ, в качестве основы проекта реконструкции фасада исторических зданий с целью сохранения исторического облика фасада. Кроме того, фасадная съёмка применяется для выполнения комплекса работ по паспортизации фасадов. Стоит отметить, что фасадную съемку также используют и в строительстве для расчетов, связанных с установкой внешних вентилируемых конструкций, остекления здания, расчета площадей работ по облицовке, расчета размеров различных элементов фасада, в том числе и малых архитектурных форм и элементов декора [1].
Зачастую проводимые работы требуют значительного объёма измерений. В таких случаях необходимым является создание трехмерных моделей фасадной части сооружений. Наиболее перспективным решением подобных задач при современном уровне геодезических технологий, применяемых в прикладной геодезии, представляется применение лазерных сканеров, либо фотограмметрических методов съёмки. Однако, руководствуясь, прежде всего, экономическими соображениями, в ряде случаев разумнее обойтись методами классической геодезии для получения трехмерных моделей фасадов зданий, например, при помощи электронных тахеометров. Ввиду того что их стоимость намного ниже стоимости лазерных сканеров и фотостанций. Кроме того тахеометр является одним из наиболее распространённых геодезических инструментов, следовательно специалистов, способных работать с ним, намного больше. В то же время нужно учитывать, что тахеометрическая съёмка очень сложных фасадов может оказаться слишком трудоёмким процессом, который может привести к большим временным и экономическим затратам , даже по отношению к, казалось бы, более дорогостоящим методам съёмки.
Таким образом выбор метода геодезической фасадной съёмки в каждом конкретном случае является весьма неоднозначной и довольно важной задачей, что подтверждает актуальность работ по данной тематике.
Цель выпускной квалификационной работы:
Построение опорной трёхмерной векторной модели южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории на основе стандартной геодезической съёмки, выполненной с помощью электронного тахеометра. Оценка эффективности различных методов построения трёхмерных моделей зданий и сооружений на основе опорной модели.
Для достижения этой цели необходимо выполнить следующие задачи:
• Провести предварительную рекогносцировку характерных элементов фасада, выбрать способ съёмки электронным тахеометром и создать библиотеку кодов объектов для будущей фасадной съёмки.
• Выполнить съёмку южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории с помощью электронного тахеометра Trimble M3 DR5''с использованием полевой системы кодирования объектов.
• Построить трёхмерную векторную модель южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории по полученным измерениям в ПП Trimble Business Center и Autodesk AutoCAD.
• Проанализировать модели этого же фасада, построенные другими студентами-выпускниками по съёмкам, выполненным с помощью лазерного сканера Trimble TX8 и фотограмметрического оборудования и сравнить все рассмотренные модели с точки зрения: точности, временных и экономических затрат.
Фасадная съёмка применяется для подготовки проекта реставрационных работ, в качестве основы проекта реконструкции фасада исторических зданий с целью сохранения исторического облика фасада. Кроме того, фасадная съёмка применяется для выполнения комплекса работ по паспортизации фасадов. Стоит отметить, что фасадную съемку также используют и в строительстве для расчетов, связанных с установкой внешних вентилируемых конструкций, остекления здания, расчета площадей работ по облицовке, расчета размеров различных элементов фасада, в том числе и малых архитектурных форм и элементов декора [1].
Зачастую проводимые работы требуют значительного объёма измерений. В таких случаях необходимым является создание трехмерных моделей фасадной части сооружений. Наиболее перспективным решением подобных задач при современном уровне геодезических технологий, применяемых в прикладной геодезии, представляется применение лазерных сканеров, либо фотограмметрических методов съёмки. Однако, руководствуясь, прежде всего, экономическими соображениями, в ряде случаев разумнее обойтись методами классической геодезии для получения трехмерных моделей фасадов зданий, например, при помощи электронных тахеометров. Ввиду того что их стоимость намного ниже стоимости лазерных сканеров и фотостанций. Кроме того тахеометр является одним из наиболее распространённых геодезических инструментов, следовательно специалистов, способных работать с ним, намного больше. В то же время нужно учитывать, что тахеометрическая съёмка очень сложных фасадов может оказаться слишком трудоёмким процессом, который может привести к большим временным и экономическим затратам , даже по отношению к, казалось бы, более дорогостоящим методам съёмки.
Таким образом выбор метода геодезической фасадной съёмки в каждом конкретном случае является весьма неоднозначной и довольно важной задачей, что подтверждает актуальность работ по данной тематике.
Цель выпускной квалификационной работы:
Построение опорной трёхмерной векторной модели южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории на основе стандартной геодезической съёмки, выполненной с помощью электронного тахеометра. Оценка эффективности различных методов построения трёхмерных моделей зданий и сооружений на основе опорной модели.
Для достижения этой цели необходимо выполнить следующие задачи:
• Провести предварительную рекогносцировку характерных элементов фасада, выбрать способ съёмки электронным тахеометром и создать библиотеку кодов объектов для будущей фасадной съёмки.
• Выполнить съёмку южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории с помощью электронного тахеометра Trimble M3 DR5''с использованием полевой системы кодирования объектов.
• Построить трёхмерную векторную модель южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории по полученным измерениям в ПП Trimble Business Center и Autodesk AutoCAD.
• Проанализировать модели этого же фасада, построенные другими студентами-выпускниками по съёмкам, выполненным с помощью лазерного сканера Trimble TX8 и фотограмметрического оборудования и сравнить все рассмотренные модели с точки зрения: точности, временных и экономических затрат.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был изучен метод геодезической фасадной съёмки с помощью безотражательного электронного тахеометра с целью построения трёхмерной векторной модели сложного фасада здания.
Была построена трёхмерная векторная модель южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории.
В процессе создания модели были решены следующие задачи:
• Выбран способ съёмки фасада с помощью электронного тахеометра, а именно - классическая съёмка с использованием системы полевого кодирования объектов. Это было сделано с целью дальнейшей частичной автоматизации обработки измерений для упрощения построения трёхмерной векторной модели южного фасада здания КГАО. Проведена рекогносцировка основных элементов данного фасада. В соответствии с её результатами, была создана библиотека кодов, включавшая в себя точки и линейные контуры окон, дверей и стен, а также коды управления линиями для их непосредственного создания в проекте при дальнейшей съёмке.
• После поверки электронного тахеометра Trimble M3 DR5'', импорта созданной библиотеки кодов объектов и импорта координат пунктов ПВО, выполнена геодезическая съёмка южного фасада КГАО с использованием системы полевого кодирования. В результате фасадной съёмки получено 2250 характерных точек фасада.
• После импорта полученных нами измерений и библиотеки кодов
объектов в ПО Trimble Business Center, выполнена программная
обработка кодов объектов. В результате чего, получена первичная грубая векторная модель исследуемого фасада, требующая ручной обработки. Далее была выполнена полная комбинированная ручная отрисовка всех контуров фасада в ПП Trimble Business Center и Autodesk AutoCAD. Последнее ПО использовалось для отрисовки контуров и создания точек по промерам, ввиду более удобной реализации соответствующих операций в нём.
• Осуществлён анализ достоверности полученной моделей путём сравнения размеров элементов, полученных в модели фасада, с размерами, полученным из линейных промеров, выполненных с помощью рулетки, непосредственно на самом фасаде. В результате данного анализа выявлено, что отклонения лежат в пределе 1 см.
• Проанализированы методы построения трёхмерных моделей этого же фасада, предполагающие использование наземного лазерного сканера Trimble TX8, и фотограмметрического метода, в котором использовалась обычная неметрическая цифровая камера Nikon D3100 вкупе с электронным тахеометром , с точки зрения их точности, временных и экономических затрат. Все модели были сравнены по вышеуказанным критериям. В результате чего метод лазерного сканирования и, соответствующая ему, камеральная обработка оказались самыми быстрыми (общее время затраченное на съёмку и обработку составило 10-11 дней), но в то же время самыми дорогостоящими (стоимость данной технологии примерно в пять раз выше остальных, рассмотренных нами, и составляет около 5.350.000 рублей с учётом необходимых ПП). Координатный метод фасадной съёмки с применением электронного безотражательного тахеометра и , соответствующая ему, камеральная обработка оказались самыми продолжительными (17-18 дней на съёмку и обработку), но в то же время самым экономичными в плане финансовых затрат (около 700.000 рублей). К тому же данный метод является самым надёжным. Фотограмметрический метод и, соответствующая ему, камеральная обработка по показателям стоимости и временных затрат расположились между двумя вышерассмотренными методами (затраченное время: 14-16 дней, общая стоимость составляет примерно 900.000 рублей).
С точки зрения точности все рассмотренные модели не отклонялись от, модели построенной на основе измерений, выполненных с помощью электронного тахеометра, взятой в качестве "опорной", на величину больше 1 см.
С точки зрения детальности, модель, полученная нами, уступала моделям, построенным по данным лазерного сканирования и фотограмметрии. Можно было добиться большей её детализации, но только ценой ещё больших временных затрат, что в свою очередь сделало бы процесс съёмки и последующей камеральной обработки ещё более трудоёмким и продолжительным.
По результатам сравнения сделан вывод о том, что выбор той или иной технологии построения трёхмерной модели фасада для каждого конкретного случая зависит от следующих факторов:
• Количество финансовых ресурсов;
• Требуемая детализация модели;
• Требуемые сроки выполнения работы.
В случае южного фасада КГАО наиболее оптимальным по рассмотренным критериям является комбинированный фотограмметрический метод с использованием цифровой фотокамеры и электронного тахеометра. Так как он обеспечивает детальность, необходимую для отображения нестандартных элементов сложного фасада, но при этом требует ненамного больше денежных вложений, чем наиболее экономичный классический координатный метод.
Была построена трёхмерная векторная модель южного фасада здания Казанской Городской Астрономической Обсерватории.
В процессе создания модели были решены следующие задачи:
• Выбран способ съёмки фасада с помощью электронного тахеометра, а именно - классическая съёмка с использованием системы полевого кодирования объектов. Это было сделано с целью дальнейшей частичной автоматизации обработки измерений для упрощения построения трёхмерной векторной модели южного фасада здания КГАО. Проведена рекогносцировка основных элементов данного фасада. В соответствии с её результатами, была создана библиотека кодов, включавшая в себя точки и линейные контуры окон, дверей и стен, а также коды управления линиями для их непосредственного создания в проекте при дальнейшей съёмке.
• После поверки электронного тахеометра Trimble M3 DR5'', импорта созданной библиотеки кодов объектов и импорта координат пунктов ПВО, выполнена геодезическая съёмка южного фасада КГАО с использованием системы полевого кодирования. В результате фасадной съёмки получено 2250 характерных точек фасада.
• После импорта полученных нами измерений и библиотеки кодов
объектов в ПО Trimble Business Center, выполнена программная
обработка кодов объектов. В результате чего, получена первичная грубая векторная модель исследуемого фасада, требующая ручной обработки. Далее была выполнена полная комбинированная ручная отрисовка всех контуров фасада в ПП Trimble Business Center и Autodesk AutoCAD. Последнее ПО использовалось для отрисовки контуров и создания точек по промерам, ввиду более удобной реализации соответствующих операций в нём.
• Осуществлён анализ достоверности полученной моделей путём сравнения размеров элементов, полученных в модели фасада, с размерами, полученным из линейных промеров, выполненных с помощью рулетки, непосредственно на самом фасаде. В результате данного анализа выявлено, что отклонения лежат в пределе 1 см.
• Проанализированы методы построения трёхмерных моделей этого же фасада, предполагающие использование наземного лазерного сканера Trimble TX8, и фотограмметрического метода, в котором использовалась обычная неметрическая цифровая камера Nikon D3100 вкупе с электронным тахеометром , с точки зрения их точности, временных и экономических затрат. Все модели были сравнены по вышеуказанным критериям. В результате чего метод лазерного сканирования и, соответствующая ему, камеральная обработка оказались самыми быстрыми (общее время затраченное на съёмку и обработку составило 10-11 дней), но в то же время самыми дорогостоящими (стоимость данной технологии примерно в пять раз выше остальных, рассмотренных нами, и составляет около 5.350.000 рублей с учётом необходимых ПП). Координатный метод фасадной съёмки с применением электронного безотражательного тахеометра и , соответствующая ему, камеральная обработка оказались самыми продолжительными (17-18 дней на съёмку и обработку), но в то же время самым экономичными в плане финансовых затрат (около 700.000 рублей). К тому же данный метод является самым надёжным. Фотограмметрический метод и, соответствующая ему, камеральная обработка по показателям стоимости и временных затрат расположились между двумя вышерассмотренными методами (затраченное время: 14-16 дней, общая стоимость составляет примерно 900.000 рублей).
С точки зрения точности все рассмотренные модели не отклонялись от, модели построенной на основе измерений, выполненных с помощью электронного тахеометра, взятой в качестве "опорной", на величину больше 1 см.
С точки зрения детальности, модель, полученная нами, уступала моделям, построенным по данным лазерного сканирования и фотограмметрии. Можно было добиться большей её детализации, но только ценой ещё больших временных затрат, что в свою очередь сделало бы процесс съёмки и последующей камеральной обработки ещё более трудоёмким и продолжительным.
По результатам сравнения сделан вывод о том, что выбор той или иной технологии построения трёхмерной модели фасада для каждого конкретного случая зависит от следующих факторов:
• Количество финансовых ресурсов;
• Требуемая детализация модели;
• Требуемые сроки выполнения работы.
В случае южного фасада КГАО наиболее оптимальным по рассмотренным критериям является комбинированный фотограмметрический метод с использованием цифровой фотокамеры и электронного тахеометра. Так как он обеспечивает детальность, необходимую для отображения нестандартных элементов сложного фасада, но при этом требует ненамного больше денежных вложений, чем наиболее экономичный классический координатный метод.
Подобные работы
- Сравнение сканирующих устройств, применяемых при информационном моделировании зданий
Дипломные работы, ВКР, информационные системы. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - ЭВОЛЮЦИЯ МЕТОДИК КОПИРОВАНИЯ СКУЛЬПТУРЫ
Дипломные работы, ВКР, изобразительное искусство . Язык работы: Русский. Цена: 4260 р. Год сдачи: 2023