fotogrametria_rozdz7.pdf

7. Zastosowania fotogrametrii naziemnej

Pierwsze zastosowania fotogrametrii naziemnej wynikły z potrzeby opracowania map

trudnodostępnych masywów górskich. W latach sześćdziesiątych rozpoczęło się w Polsce

powszechne jej wprowadzanie do kopalń odkrywkowych. Obecnie stanowi podstawowe

narzędzie dokumentowania zabytków (fotogrametria architektoniczna). Znajduje często

zastosowanie przy pomiarze budowli inżynieryjnych, maszyn i urządzeń przemysłowych oraz

przy badaniu ich odkształceń (fotogrametria inżynieryjno-przemysłowa).

7.1. Fotogrametria inżynieryjno-przemysłowa

Fotogrametria inżynieryjna - stanowiąc uzupełnienie klasycznych metod geodezyjnych - w

wielu przypadkach okazuje się być niezastąpioną, bądź najwłaściwszą metodą pomiarową.

Wynika to z jej zalet (uwydatniających się zwłaszcza przy pomiarach przemieszczeń).

Najważniejszymi z nich są:

- równoczesność fotograficznej rejestracji wszystkich szczegółów - ważna zwłaszcza przy

badaniach przemieszczeń szybkozmiennych,

- krótki czas prac polowych i przeniesienie większości prac do laboratorium, co sprzyja

staranności pomiarów i zmniejsza koszty,

- dokumentalna wartość fotogramu (nie jest obciążony błędami obserwatora i nie można go

sfałszować),

- brak sygnalizacji punktów kontrolowanych nie stanowi przeszkody i nie obniża znacząco

dokładności pomiaru przemieszczeń (niemożność przewidzenia miejsc wystąpienia

deformacji zmusza geodetów do zakładania i pomiaru dużej liczby punktów

kontrolowanych); wynika z tego kilka innych zalet:

• pierwotne założenia pomiaru deformacji (np. wybór punktów kontrolowanych) można

modyfikować, jeśli obserwacja fotogramów ujawni lokalne odkształcenia,

• można mierzyć elementy niedostępne (z powodu temperatury, wyskiego napięcia, czy

innych zagrożeń),

• w przypadku stwierdzenia błędów, czy konieczności uzupełnień, pomiar można powtórzyć.

Wady metod fotogrametrycznych wynikają z tego, że:

- opłacalność pomiaru fotogrametrycznego jest uzależniona od rozmieszczenia (stopnia

skupienia) kontrolowanych punktów,

- wysoką dokładność pomiaru łatwiej jest osiągnąć za pomocą precyzyjnych instrumentów

geodezyjnych, aniżeli stosując standardową aparaturę fotogrametryczną,

- opracowania fotogrametryczne są bardziej złożone od geodezyjnych.

Wymienione zalety spowodowały, że metody fotogrametrii inżynieryjnej bywają

stosowane w Polsce do pomiarów:

- ugięć elementów nośnych hal, mostów i wiaduktów,

- odkształceń wysokich budowli: kominów, masztów, wież,

- wysoko dokładnych pomiarów kształtu obiektów wielko kubaturowych (zbiorników,

chłodni kominowych), radioteleskopów, statków, oraz rozmaitych urządzeń przemysłowych.

Uwzględniając zalety i wady metod geodezyjnych i fotogrametrycznych można trafnie

dobierać metodykę pomiaru do konkretnych zadań. Decyzja o zastosowaniu fotogrametrii

musi być jednak oparta o analizę dokładnościową ( a priori ). Można w tym celu posłużyć się

schematem analizy dokładności wcięcia w przód, znając relację między błędem kierunku ( m α )

i błędem współrzędnej tłowej ( m x ), którą określa zależność:

m =

/7.1/

Przy odległości obrazowej rzędu 200mm i dokładności pomiaru na zdjęciu rzędu 0,003mm,

dokładność fotogrametrycznego określenia kierunku może być szacowana na 3”. Wychodząc

z tego wskaźnika dokładnościowego, można przeprowadzić wstępną analizę dokładności

fotogrametrycznego wcięcia w przód.

Wygodny i uniwersalny wzór, pozwalający oszacować a priori dokładność pomiaru

fotogrametrycznego podaje amerykański fotogrametra C. S. Fraser :

⋅

/7.2/

gdzie:

M – skala obrazu,

m x,z - błąd określenia współrzędnej tłowej,

q – współczynnik z przedziału: 0,4 – 2,5, zależny od metody fotogrametrycznej: w

przypadku niekorzystnego – stereofotogrametrycznego wcięcia w przód – 2,5, natomiast w

przypadku wielostanowiskowej samokalibracji - 0,4.

Standardowe instrumentarium fotogrametrii inżynieryjnej stanowią: kamera

pomiarowa (normalnokątna, szerokokątna), stereokomparator precyzyjny, komputer.

Nowoczesne instrumentarium uzupełniają: wysokorozdzielcza kamera cyfrowa CCD, stacja

fotogrametryczna, specjalistyczny software.

W ostatnich latach zauważyć można zahamowanie inżynieryjnych zastosowań

fotogrametrii. Składa się na to brak wysokorozdzielczych metrycznych kamer cyfrowych (po

wstrzymaniu produkcji kamer analogowych i przy wysokich cenach klisz), oraz

konkurencyjność prostszych i tańszych metod geodezyjnych. Należy się jednak liczyć z

nadejściem trendu odwrotnego, gdy dostępność kamer cyfrowych wysokiej klasy pozwoli

wykorzystać w pełni możliwości i zalety metod fotogrametrycznych.

7.1.1. Jednoobrazowy pomiar deformacji płaskich

Jeżeli ze stanowiska C (rys. 7.1) wykonamy poziome zdjęcie belki podpartej w dwóch

punktach, to jej nieprostoliniowość (wygięcie) Δ Z można określić na podstawie pomierzonej

na zdjęciu wielkości Δ z :

/7.3/

Rys. 7.1. Jednoobrazowa rejestracja deformacji belki - sposób nadania kamerze właściwej

orientacji.

Ten jednoobrazowy sposób pomiaru wolno stosować do wyznaczania deformacji jedynie

wtedy, gdy możliwa jest taka orientacja płaszczyzny kliszy, aby wektory przemieszczeń były

do niej równoległe. Mówiąc inaczej, metodę jednoobrazową stosuje się do badania

deformacji płaskich, orientując oś kamery prostopadle do płaszczyzny deformacji. W

praktyce metodę wolno stosować, jeśli istnieje pewność, że składowa przemieszczeń zgodna z

kierunkiem osi kamery jest zaniedbywalnie mała.

Przykładami tego rodzaju zastosowań fotogrametrii są pomiary: galerii nawęglania (w

elektrowniach), dźwigarów mostów, kontrolne pomiary więzarów dachowych w halach

przemysłowych.

Jeżeli jednak celem pomiarów jest określenie zmiany wygięcia (odkształcenie w

czasie) , to wielkość przemieszczenia punktu, które nastąpiło pomiędzy stanem poprzednim i

aktualnym, można określić różnicowo wykonując zdjęcia dwukrotnie, przy identycznej

orientacji zewnętrznej i wewnętrznej. Porównując współrzędne tłowe zdjęć obu stanów

sposobem par czasowych (rys 7.2) , mierzymy na stereokomparatorze bezpośrednio różnicę

współrzędnych tłowych jako paralaksę czasową ; tu - paralaksę poprzeczną q = z aktualne -

z wcześniejsze .

Rys. 7.2. Para czasowa fotogramów na stereokomparatorze - pomiar paralaks czasowych : p

= x i - x 1 , q = z i - z 1

Parę czasową tworzą dwa zdjęcia umieszczone w stereokomparatorze w ten sposób, że na

lewym nośniku znajduje się zdjęcie aktualne, zaś na prawym - zdjęcie wcześniejsze (rys. 7.2).

Składowe przemieszczenia punktu obliczamy według wzorów (7.4):

(7.4)

gdzie p = x aktualne - x wcześniejsze jest podłużną paralaksą czasową.

W przypadku cyfrowej stacji fotogrametrycznej nie rejestrujemy paralaks, ale współrzędne

tłowe z których możemy (jeśli chcemy) zestawić wartości paralaks czasowych; podstawowa

zaleta metody, polegająca na łatwości identyfikacji pozostaje jednak niezmienna.

Zastosowanie sposobu par czasowych nie wyklucza równoczesnego (niejako „przy

okazji”) określenia stanu aktualnego; paralaksy czasowe mówią o przemieszczeniach, zaś

współrzędne tłowe lewego zdjęcia informują o aktualnych odchyleniach od stanu

teoretycznego, tu - od prostoliniowości i poziomości.

Sposób ten bywa stosowany przy okresowych pomiarach odkształceń więzarów

dachowych hal przemysłowych i innych elementów nośnych. Metody jednoobrazowej nie

ogranicza się do badania przemieszczeń w płaszczyźnie pionowej; jeśli przemieszczenie

miałoby miejsce w poziomie - np. przy pewnych badaniach modelowych - to określić można

składowe Δ X i Δ Y (zamiast Δ Z i Δ X ).

Metoda par czasowych, która znalazła zastosowanie przy jednoobrazowym określaniu

przemieszczeń, jest stosowana również w metodach wielostanowiskowych. Dlatego też warto

podkreślić zalety tego sposobu:

- umożliwia stosunkowo dokładne określenie przemieszczeń punktów niesygnalizowanych

(ponieważ łatwo jest zidentyfikować ten sam punkt na dwóch zdjęciach tworzących parę

czasową),

- w przypadku zdjęć zbieżnych (z dwóch czy więcej stanowisk) nie ogranicza nas warunek

stereoskopii: γ < 15 o (lub: B < Y min /4 ); możemy więc stosować geometryczne optimum wcięć

w przód: γ ≅ 90 o , czy generalnie γ = 2 π : liczba stanowisk.

7.1.2. Jednoobrazowe pomiary wyrobisk podziemnych metodą płaszczyzny światła

Na zasadzie fotogrametrii jednoobrazowej oparta jest metoda rejestrowania przekroi w

płaszczyznach równoległych do zdjęcia. Podstawowym urządzeniem jest puszka z silnym

żródłem światła, która przez pionową szczelinę rzuca dookoła „płaszczyznę światła”

(rys.7.3).

Sposób ten bywa wykorzystany do pomiaru przekroi w wyrobiskach podziemnych (tunele,

chodniki górnicze itp.). Kontur który na ociosie wyrobiska zarysowała „płaszczyzna światła”

fotografuje się. Po wywołaniu fotogramu – na którym w „płaszczyźnie światła”

zarejestrowały się 4 punkty o znanych współrzędnych X, Z - obraz można przetworzyć

fotomechanicznie i zrysować w przetworniku fotomechanicznym lub w powiększalniku.

Rys. 7.3. Rejestracja poziomego wyrobiska podziemnego metodą „płaszczyzny światła”:

urządzenie do rzucania na ocios „płaszczyzny światła” (z 4 sygnalikami), zdjęcie wyrobiska

na którym zarejestrowano trzy przekroje, usytuowanie poszczególnych przekrojów.

Rys. 7.4. Pomiar szybu kopalnianego metodą „płaszczyzny światła”.

Wariantem tego postępowania jest stosowany w czeskich kopalniach sposób pomiaru szybów.

Metoda polega na wykonywaniu zdjęć ściśle pionowych lotniczą kamerą pomiarową,

zawieszoną pod klatką szybową. Niżej zainstalowane jest urządzenie rzucające na ocios lub

obudowę szybu, poziomą płaszczyznę silnego światła (rys 7.4).

W momencie otwarcia migawki następuje błysk światła, rysujący na filmie poziomy przekrój

obudowy wraz z prowadnikami szybowymi i pionami (jeśli są zawieszone). Alternatywnie

stosuje się jedno lub dwa urządzenia oświetlające. Do pomiaru fotogramów używany jest

precyzyjny monokomparator Ascorecord. Odpowiednie oprogramowanie umożliwia

przekształcenie informacji pomiarowych a wyniki są przedstawiane w postaci graficzno-

liczbowej. Podawane są odchyłki ścian obudowy od pionowości, prostoliniowości i

kołowości, zaś prowadników szybowych - od pionowości i prostoliniowości.

O cyfrowym wariancie tej metody będzie mowa w podrozdziale 7.4.1.

7.1.3. Określanie odchyleń od pionowości

Rys. 7.5. Pomiar wychylenia słupa - obserwacja punktów 1l, 1p ...jl, jp .

Pomiary wychyleń od pionu wysmukłych budowli (kominy, wieże wiertnicze i

kopalniane, słupy, maszty) stanowią przedmiot częstych prac geodetów. Wynika to z faktu, że

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: