Глава 13

АРХИТЕКТУРНЫЕ ОБМЕРЫ ОБЪЕКТОВ НЕДВИЖИМОСТИ

щ 13.1. Виды обмерных работ и их точность_ _ _ _ _ _ _ _ _ _

В зависимости от целей, которые поставлены при выполнении обмерных работ, применяются различные виды обмеров:

•инвентаризационный обмер, связанный с кадастровыми рабо­ тами, в основном, касающийся планов и разрезов зданий, со­ оружений;

•архитектурный обмер;

•археологический обмер.

Результаты обмеров сооружений могут быть использованы для составления так называемых инвентаризационных чертежей и ка­ дастровых планов, которые являются частью документов, под­ тверждающих право на владение или на аренду объектов недвижи­ мости. Объекты недвижимости — это земельные участки, здания, сооружения, помещения, объекты незавершенного строительства (Федеральный закон «О государственном кадастре недвижимо­ сти», 2008).

Эти чертежи содержат обычно планы, разрезы и другие дан­ ные (дымовые каналы, разводки трубопроводов), необходимые для:

•правильной эксплуатации здания, подсчета жилой и рабочей площадей, составления смет на ремонтные и реставрационные работы, оценки здания и пр.;

•планирования и осуществления реконструкции и реставрации зданий;

•оценки градостроительной ситуации при сооружении нового здания в районе памятника архитектуры и градостроительства и в Заповедных зонах;

•искусствоведческого изучения исторического города.

ниями, так и целыми ансамблями и историко-архитектурными зо­ нами застройки, выполняется на основе проектно-реставрацион­ ной документации.

Всостав проектно-реставрационной документации входят:

1)историко-архитектурный опорный план в М 1:500—1:1000, ос­ новой которого является топографический план. На нем обыч­ но отображены границы, представляющие историческую, ар­ хитектурную и художественную ценность, ситуация, характер

иособенности рельефа местности;

2)поэтажные планы отдельных сооружений в М 1:100—1:200;

3)планы фасадов, разрезы в М 1:100—1:50;

4)планы деталей фасадов и интерьеров в М 1:10 —1:20 и крупнее;

5)фотографии и зарисовки памятника архитектуры. Требования, предъявляемые к точности обмеров, различны и

Таблица 13.1

Характеристики точности обмерных работ (международный комитет по архитектурной фотограмметрии)

Использование технологий лазерного сканирования, фото­ грамметрического и геодезического методов позволяет решать сле­ дующие задачи:

—обмеры и исследования объектов недвижимости; —определение деформации объектов недвижимости; —архитектурный мониторинг объектов недвижимости; —кадастровый учет объектов недвижимости; —создание геоинформационной системы культурного наследия;

—съемки памятников культуры и исторических объектов градо­ строительной среды.

щ 13.2. Опорная координатная _сеть_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

При производстве обмеров необходимо выполнить привязку опорной сети к пунктам государственной геодезической сети.

Опорная координатная сеть создается непосредственно на тер­ ритории объекта недвижимости в виде системы точек, для которых определяются координаты X, Уи высота Н.

Наиболее распространенными способами создания опорной координатной сети для производства обмеров объекта недвижимос­ ти являются замкнутый теодолитный ход (рис. 13.1) и нивелирова­ ние.

Стороны теодолитного хода измеряются стальной лентой в пря­ мом и обратном направлениях с относительной ошибкой 1:2000, а горизонтальные и вертикальные утлы — с помощью теодолита с точностью 30".

Для определения высот точек опорной сети выполняется гео­ метрическое нивелирование. Невязка хода не должна превышать величины 50 мм VI, где L — число километров в ходе.

По сравнению с обмерами традиционным методом фотограм­ метрический метод имеет ряд существенных преимуществ: нет необходимости строить леса и подниматься на строительное со­ оружение, что особенно важно, если оно находится в аварийном состоянии; существенно сокращается время, необходимое для вы­ полнения полевых работ; повышается качество чертежей по точ­ ности и полноте изображения.

Фотограмметрический метод независимо от характера постав­ ленных задач включает следующие полевые работы: фотографиро­ вание объекта недвижимости или ансамблей; геодезические изме­ рения и камеральные работы; фотолабораторная и фотограммет­ рическая обработка фотоснимков; вычислительная обработка геодезических измерений.

Фотографирование фасада или интерьера объекта выполняет­ ся специальными прецизионными фотоаппаратами, снабженными высококачественными объективами, имеющими небольшую вели­ чину дисторсии, благодаря чему оптическая система практически не вносит искажений в фотографическое изображение. Обычно фотографирование производится на стеклянные пластинки, кото­ рые по сравнению с фотопленкой меньше деформируются. Для того чтобы по фотоснимкам можно было видеть стереоскопиче­ скую модель объекта съемки и по ней с помощью фотограмметри­ ческих приборов производить необходимые измерения парамет­ ров объекта и составлять обмерный чертеж, фотографирование производят не менее чем с двух точек. Для этого фотокамеру уста­ навливают последовательно на концах базиса фотографирования.

При измерениях на фотоснимках используют плоскую систему координат фотоснимка xoz (рис. 13.3). Начало этой системы находится на пересечении прямых, проходящих через координатные метки, ко­ торые вместе с фотографируемой местностью проектируются на фо­ топластинку. Для определения пространственных координат точек объекта применяют пространственную фотограмметрическую систе­ му координат Xp Z(pс началом проекции левого снимка 5Г Осью Уф служит проекция главного луча левого снимка на горизонтальную плоскость, ось X лежит в горизонтальной плоскости перпендикуляр­ но к оси Уф, ось Z(pперпендикулярна к плоскости ХфУф(рис. 13.4).

Положение пары фотоснимков в пространстве, как известно, (при условии фотографирования с обеих точек базиса одной и той же камерой) определяется 15-ю параметрами — 3-я элементами внутреннего ориентирования и 12-ю элементами внешнего ориен­ тирования.

Элементы внутреннего ориентирования определяют положе­ ние центра проекции относительно фотоснимка. К ним относятся три величины: координаты х0и zQглавной точки фотоснимка и фо­ кусное расстояние фотокамеры/

+ z

\л N --------1

- z

Р ис. 13.3. С и с т е м а п л о с к и х п р я м о у го л ь н ы х к о о р д и н а т н а зе м н о г о сн и м к а

о

/

со

Р ис. 13.4. Э л е м е н т ы о р и е н т и р о в а н и я н а зе м н о г о сн и м к а

Элементами внешнего ориентирования, определяющими по­ ложение фотоснимка относительно принятой пространственной системы координат, являются: координаты Xs, Ys, Zsлевого центра проекции; А — дирекционный угол направления базиса; В — гори­ зонтальное проложение базиса; h — превышение правого центра проекции над левым; ср — горизонтальный угол в левой точке фото­ графирования между нормалью к базису и направлением оптиче­ ской оси фотокамеры (угол отклонения); со1и со2 — углы наклона оптических осей на левом и правом концах базиса; и ^ — углы поворота (крена) левого и правого фотоснимков в своей плоскости;

у — горизонтальный угол между оптическими осями фотокамеры при установке на левом и правом концах базиса (угол конверген­ ции).

При съемке оптическая ось фотокамеры может устанавливать­ ся в различное положение относительно горизонтальной плоско­ сти и линии базиса.

Наибольшее применение в практике обмерных работ имеют нормальный и равноотклоненный случаи съемки.

При нормальном случае съемки (рис. 13.5, а) оптические оси обеих камер горизонтальны и перпендикулярны к базису, а оси XX снимков горизонтальны, т. е. ф1= <р2 = со1= со2 = к{= к2 =0.

При равноотклоненном случае съемки (рис. 13.5, б) оптические оси фотокамеры горизонтальны и параллельны между собой, но со­ ставляют с базисом некоторый угол, т.е. cpj = (р2 Ф0; C0j = со2 = к1= = к2 = 0.

При нормальном виде зависимость между фотограмметриче­ скими координатами точек местности и их фотокоординатами вы­ ражается формулами:

Вхх ХФ= р г

Y- -EL-

ф- р '

Bzx

где ХфZф — фотограмметрические координаты определяемой точки; В — длина горизонтальной проекции базиса фотографирования; / — фокусное рас­ стояние фотокамеры; xy zx— координа­ ты определяемой точки на левом фото­ снимке; р — продольный параллакс оп­ ределяемой точки.

В случае равноотклонения зависимость между фотограммет­ рическими координатами точек местности и их фотокоординатами выражается формулами:

г . - $ в , + Ь в ,

г*-у«7 = 7{В* ^ \

где Вх= Бсобф; Ву= UsiiKp; ф — угол скоса.

Фотограмметрические Хф, Уф, Zф и геодезические X, 7, Нкоор­ динаты точек связаны зависимостями:

где Xs f Ys , Hs — геодезические координаты левого конца базиса фотографирования; а0 — дирекционный угол главного луча левого фотоснимка; AHR— поправка за кривизну Земли и рефракцию.

Для перехода от геодезических координат к фотограмметри­ ческим используют формулы:

X * = (y -y Si)cosa0- ( X -X Si)sina0;

^ = ( X - X Si)cosa0+ (y - y Si)sina0;

гф=н-н$гАня.

При обработке фотоснимков на универсальных фотограммет­ рических приборах фотограмметрические координаты преобразу­ ются в геодезические автоматически.

■13.4. Приборы для стереофототопографической съемки

оОъектвв недвижимости_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Для выполнения стереофототопографической съемки исполь­ зуют фототеодолитный комплект Photheo—19/1318 или фотограм­ метрическую камеру ИМК 10/1318.

Фототеодолитный комплект 19/1318, Германия, включает: фо­ токамеру Photheo-19/1318, теодолит Тео-020, три штатива, три под­ ставки и визирную марку.

Фотокамера состоит из корпуса, объектива, кассетной рамки и ориентирующего устройства (рис. 13.6). Объектив камеры с фокус­ ным расстоянием 195 мм с постоянным относительным отверстием

370 1:25 практически свободен от дисторсии. Угол изображения 65°.

снимков на стереоприборах. На снимках изображается также но­ мер базиса, перед экспонированием используется матовое стекло, которое дает возможность видеть изображение фотографируемого объекта недвижимости и устанавливать границы участка съемки.

Ориентирующее устройство и два цилиндрических уровня це­ ной деления 30" обеспечивают ориентирование оптической каме­ ры при съемке относительно горизонта и направления базиса.

Теодолит Тео-020 предназначен для измерения горизонталь­ ных и вертикальных углов. Он снабжен оптическим компенсато­

снимка 13x18 см. Фокусирующее устройство объектива позволяет производить фотографирование объекта с удалением 3,6; 4,2; 5; 6; 12; 25 м с фиксацией приращения фокусного расстояния на фото­ пластинку. Большая разрешающая способность объектива, воз­ можность производить фокусировку и регулировать диафрагму обеспечивают резкое фотографическое изображение и тем самым значительную информативность снимков.

Система ориентирования с горизонтальным лимбом, цена де­ ления которого 0,01°, позволяет быстро и достаточно точно уста­ навливать постоянные углы относительно заданного исходного на­ правления.

Специальная подставка дает возможность фиксировать каме­ ру в трех положениях: оптическая ось камеры и длинная сторона снимка горизонтальны; оптическая ось горизонтальна, но длинная сторона снимка вертикальна; оптическая ось вертикальна. Это позволяет полнее приспосабливаться к условиям съемки: напри­ мер, фотографировать высокие сооружения и своды. С помощью видоискателя, расположенного сбоку камеры, можно непосредс­ твенно перед экспонированием наблюдать кадрируемое поле, не пользуясь рамкой с матовым стеклом (как у фототеодолита Photheo-19/1318).

Измерительные свойства фотоснимков в значительной мере за­ висят от состояния фотосъемочной аппаратуры, поэтому непосредс­ твенно перед полевыми работами выполняются поверки и исследо­ вания фототеодолита Photheo-19/1318 и фотокамеры ИМК 10/1318.

Основная цель исследования фотосъемочной аппаратуры со­ стоит в том, чтобы установить и исключить влияние ошибок эле­ ментов внутреннего ориентирования на результаты обработки фо­ тоснимков, для чего определяют действительное фокусное рассто­ яние объектива и правильность установки координатных меток. Величина, характеризующая неприжим фотопластинки к приклад­ ной раме фотокамеры, определяется сравнением расстояний меж­ ду координатными метками на измеряемом снимке и эталоном. Если эта величина превышает 0,2 мм, то такие фотопластинки от­ браковываются .

■13.5. Стереофототопографическая съемка объектов

недвижимости_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Выбор параметров съемки

При съемке фасадов сооружений, пластика которых недоста­ точно развита, ограничиваются контрольными точками, располо-

372 женными на нулевой линии.

АРХИТЕКТУРНЫ Е ОБМЕРЫ ОБЪЕКТОВ Н Е Д В Ш М И С Т И

Перед выполнением фотосъемочных работ определяют пара­ метры наземной стереофототопографической съемки: значение Y— отстояние фотостанции от фасада сооружения, длину фасада В фотографирования и его ориентирование (рис. 13.8).

Рис. 13.8. К выборупараметров съемки

Отстояние Y определяют из расчета обеспечения наибольшего продвига работ, что достигается в случае, если масштаб фотосним­ ка мелкий, но не мельче масштаба составляемого обмерного черте­ жа более чем в 10 раз. Это ограничение обуславливается техниче­ скими характеристиками фотограмметрических приборов.

Например, при составлении плана фасада в масштабе 1:50 мас­ штаб фотоснимка не должен быть мельче 1:500.

Отстояние Y вычисляют по формуле:

1 /m сн =Jf/Y .

При фотографировании в масштабе 1:500 фотокамерой с фо­ кусным расстоянием 200 мм отстояние Y составит 100 м.

В условиях городской съемки отстояние Y обычно ограничива­ ется шириной улицы или площади, поэтому захват здания на фото­ снимке по высоте и длине базиса, как правило, определяют, исходя из максимально возможного в данных конкретных условиях съем­ ки отстояния.

Захват здания по высоте вычисляют по формуле:

у_ Yzmax

На линии МХМ выбирают левую точку базиса М в соответствии с ранее вычисленным его значением и устанавливают на ней фото­ теодолит для выполнения съемки.

Длину базиса МХМ измеряют стальной рулеткой с относительной погрешностью не более 1:2000. Если точки MjHM базиса не лежат в одной горизонтальной плоскости, то измеряют угол наклона базиса.

Р ис. 13.9. П о с т р о е н и е л и н и и б а зи с а п а р а л л е л ь н о п л о с к о с т и

фа с а д а со о р уж ен и я

щ13.Б. Фотографирование объектов недвижимости_ _ _ _ _ _

Фотографирование сооружений выполняют с точек базиса, ко­ торые располагают параллельно плоскости фасада (рис. 13.10)

Фототеодолит и визирную марку устанавливают на штативах на соответствующих точках базиса, центрируют и нивелируют с помощью уровней. Затем выполняют ориентирование фотокамеры относительно базиса фотографирования. Для этого на ориентиру­ ющем устройстве ставят отсчет — 90° (при нормальном случае съемки) и поворотом фотокамеры трубу ориентирующего устрой­ ства наводят на марку, установленную на правом конце базиса (фо­ тотеодолит установлен на левом конце базиса). Подъемными вин­ тами подставки подправляют положение пузырьков уровней фото­ камеры, после чего проверяют правильность наведения биссектора трубы ориентирующего устройства на марку.

Положение объектива фотокамеры, при котором должно про­ водиться фотографирование, определяют по изображению объек­ та съемки на матовом стекле фотокамеры при снятом с объектива колпачке.

5)ослабляют прижимное устройство (поворотом винтов на себя), выдвигают заслонку и извлекают кассету.

После фотографирования в левой точке базиса фототеодолит переносят на правую точку базиса, а вместо него устанавливают визирную марку (подставки и штативы остаются на месте). Фото­ графирование на последующих точках базиса производят в том же порядке.

В журнале съемки записывают дату и время, номер фотостан­ ции и ее положение относительно базиса, номер кассеты, продол­ жительность экспозиции, положение объектива и длину базиса.

Одновременно с этим составляют абрис, в котором зарисовы­ вают характерные точки сооружения, принятые в качестве конт­ рольных точек показывают положение маркировочных знаков и расстояние между ними.

Камеральные работы, как было указано выше, включают фотолабораторную обработку снимков, вычислительную обработку гео­ дезических измерений и фотограмметрическую обработку сним­ ков на стереофотограмметрических приборах или с использовани­ ем цифровых фотограмметрических систем на компьютере.

Основой для определения размеров утраченных объектов по архивным снимкам являются сохранившиеся части объекта или окружающие строения, которые изображены на снимках. На со­ хранившихся элементах объекта намечаются опорные точки. Вы­ полняется стереофототопографическая съемка или лазерное ска­ нирование для определения координат опорных точек. Параметры съемки приближаются к ракурсам архивных снимков. Полученные стереопары съемки и архивные снимки обрабатываются на анали­ тическом стереофотограмметрическом приборе или с помощью цифровых фотограмметрических систем (ЦФС). Следует отметить, что получить стереоэффект по архивным снимкам из-за их разномасштабности и параметров съемки удается не всегда. На приборе измеряются как опорные точки, так и определяемые. В результате совместного уравнивания результатов измерений с использовани­ ем программного обеспечения для обработки архивных снимков определяются пространственные координаты точек, а следователь­ но, и размеры утраченных деталей.

Точность результатов зависит от качества архивных снимков, наличия сохранившихся частей здания и их расположения, от фор­ мы и размеров утраченных элементов и т. п.

Примером использования фотограмметрических методов об­ работки архивных снимков является храм Казанской Божьей Ма­ тери на Красной площади в Москве.

Фотографии могут быть сделаны как метрическими камерами (на форографиях изображается рамка с соответствующими марке­ рами), так и неметрическими камерами. Впервом случае обработка

стереопары (определение пространственного положения интере­ сующих нас точек или стереоскопическое рассмотрение) осущест­ вляется при помощи трех опорных точек, известных своими тремя координатами. Во втором случае необходимы минимум шесть та­ ких точек.

В основу технологии калибровки положен принцип совместного определения элементов внутреннего и внешнего ориентирования камеры и поправок за несовпадение проекций изображения, полу­ ченного камерой, и центральной проекции. Калибровка выполняет­ ся по фотоснимкам пространственного испытательного полигона.

щ 13.7. Диалоговый метод составления обмерным чертежей

Порядок обработки снимков на аналоговых стереоприборах (Топокарти др.) (рис. 13.11) состоит из следующих процессов: под­ готовительные работы, построение стереомодели на приборе, ори­ ентирование планшета на координатографе, ориентирование (кор­ ректура) стереомодели по контрольным (опорным) точкам, рисов­ ка фасада объекта.

Р ис. 13.11. Т о п о к а р т О сн о вн ы е част и п р и бора: 1 — ст анина; 2 — н аблю дат ел ьн ая сист ем а;

3 — сним кодерж ат ели л е в о го и п р а во го сним ков ст ер ео п а р ы ; 4 — ры ч аги и

нож ной ш т урвал для п ерем ещ ен и я и зм ерит ельн ой м арочки в п р о ст р а н ст ве ст ереом одели ; 5 — к о о р ди н а т о гр а ф ; 6 — к о о р ди м ет р

Подготовительные работы включают: рабочие поверки при­ бора, подготовку планшета, вычисление базисных составляющих. Предварительно по результатам полевых геодезических измере­ ний должны быть вычислены координаты и высоты базисных и контрольных точек.

Подготовка планшета состоит в разбивке координатной сетки 378 и нанесении по координатам базисных и контрольных точек, а так­

же других точек опорной сети, которые могут быть использованы в качестве контрольных.

Значения базисных составляющихb^ Ъгвычисляют по фор­ мулам:

Ъх= Bcosy / М; by = Bsiny / М; bz= Bz/ М,

где В — горизонтальное проложение базиса фотографирования; Ф— угол скоса; Bz— превышение правого центра фотографирова­ ния над левым; М — знаменатель масштаба стереомодели, выбира­ емый в зависимости от отстояний до фасада и заданного масштаба плана.

Построение модели начинают с установки фотоснимков в снимкодержатели прибора, после чего совмещают координатные метки снимков с установочными штрихами на стеклах снимкодержателей. На индикаторах фокусных расстояний прибора устанав­ ливают значения фокусных расстояний снимков, а на индикаторах базисных составляющих — вычисленные значения Ь^ bz.

Наблюдая снимки бинокулярно, убеждаются в том, что стерео­ скопическая модель сфотографированной местности получена.

Ориентирование планшета. Планшет устанавливают на коор­ динатографе так, чтобы визирная ось специального установочного микроскопа или острие карандаша не сходили с направления опти­ ческой оси левого снимка, когда линейка направлений находится в начальном положении и вращается штурвал Уприбора. Планшет на координатографе должен быть развернут так, чтобы направление оптической оси левого снимка было параллельно направляющей Y координатографа.

Ориентирование (корректура) стереомодели. Вследствие не­ избежных погрешностей в элементах внешнего и внутреннего ори­ ентирования снимков стереомодель, построенная на приборе, име­ ет искажения, которые устраняют в процессе ее ориентирования.

Обычно на практике ориентирование стереомодели произво­ дят по контрольным точкам, расположенным по определенной схе­ ме на стереопаре и на планшете, а также путем использования гео­ метрических форм объекта (горизонтальных и вертикальных ли­ ний).

При наведении измерительной марки на контрольные точки стереомодели визирная ось установочного микроскопа или каран­ даш координатографа должны устанавливаться над соответствую­ щими точками на планшете. Имеющиеся несовмещения свидетель­ ствуют о необходимости изменения на приборе установочных дан­ ных.

Исходя из характера влияния погрешностей элементов внеш­ него ориентирования на отстояния точек корректуру стереомодели выполняют последовательными приближениями.

Рисовка контуров. Составле­ ние обмерного чертежа выполня­ ется путем стереоскопического наведения измерительной марки на точки объекта, при этом каран­

стереофотограмметрическом

приборе

Рис. 13.13. Чертеж, выполненный на универсальном стереофотограмметрическом приборе: фасад памятника архитектуры

■13.8. Аналитические и цифровые фотограмметрические

системы для составления обмерный чертежей _ _ _ _ _ _ _

При использовании аналитического способа применяются стереофотограмметрические станции: стереоанаграф (Россия), SD 2000 и SD-3000 фирмы «Лейка» и др. Такие аналитические фотограммет­ рические приборы АФП представляют собой сочетание измери­ тельной стереофотограмметрической системы и компьютера с пе­ риферийными устройствами (рис. 13.14).

Стереофотограметрические рабочие станции обеспечивают выполнение любых фотограмметрических задач: создание топо­ графических карт, сбор цифровых данных для геоинформационных систем, съемки архитектурных комплексов и объектов недви­ жимости.

Основные технические характеристики SD-2000 и SD-3000:

• увеличение наблюдательной системы 3 —18 крат;

•размер снимка (негатива, диапозитива, фотоснимка на бумаге) до 25 х 25 см;

•разрешающая способность 160 линий / мм;

•станция легко размещается на столе.

Его особенностью является то, что оператор рассматривает объ­

емное изображение на стеклянном экране, используя очки с поляроидными светофильтрами. Кроме того, каретки, несущие снимкодержатели, перемещаются на воздушной подушке по отполированной гранитной плите, что делает их движения очень чувствительными.

Рис. 13.14. А н а л и т и ч е с к а я ф о т о гр а м м е т р и ч е с к а я с т а н ц и я S D -3 0 0 0

Схема АФП (рис. 13.15). Пара снимков устанавливается в снимкодержатели Рл и Рп измерительного блока (СК). Оператор, наблю­ дая точки снимков, вращает штурвалы X, Y, Z, с которыми связаны датчики, преобразующие вращательное движение в кодированные электрические импульсы. Последние поступают в компьютер, где по заданной программе происходит преобразование вводимых зна­ чений координат из системы координат сфотографированного объекта в координаты Хл, Уд, Хп, Yn соответственных точек снимков в системе координат прибора. Согласно их значениям компьютер вырабатывает управляющие электрические импульсы на электро­ моторы, которые смещают каретки со снимкодержателями. Пульт управления в виде клавиатуры оператор использует для включения нужной программы и управления работой всех блоков, входящих в систему. Регистрация результатов выполняется на магнитном или лазерном диске.

К компьютеру подключается принтер, на котором печатаются 382 номера и координаты точек в заданной системе координат, а также

все значения промежуточной обработки снимков. При подключении принтера с высоким разрешением печатают фотопланы. Можно под­ ключить координатограф (графопостроитель), на котором в заданной картографической проекции вычерчивается графический план.

Инструментальная точность АФП при измерении плановых ко­ ординат равна 2 —3 мкм в масштабе снимка, а ошибка измерения высот меньше Я / 10 ООО, где Н — высота фотографирования.

Эти приборы позволили не только повысить точность обработ­ ки снимков, но и открыли возможности использования снимков, полученных любительскими фотокамерами. При обработке косми­ ческих снимков АФП позволили относительно быстро создавать карты в разных картографических проекциях и масштабах.

Появление компьютеров с большими объемами памяти и высо­ кой скоростью счета, достижения в области компьютерной графи­ ки и цифровых методов записи изображений привели к созданию нового типа фотограмметрической техники — цифровой фото­ грамметрической системы (ЦФС).

Цифровой фотограмметрический метод обработки фотоизоб­ ражений является наиболее эффективным методом получения цифровой информации об объекте, местности и для ГИС различно­ го назначения.

Рис. 13.15. Схема АФП

Цифровая фотограмметрическая система

ЦФС конструктивно представляет серийно выпускаемый пер­ сональный компьютер, в память которого введены программы, обеспечивающие выполнение всех фотограмметрических процес­ сов, необходимых для создания цифровой карты по цифровым снимкам (рис. 13.16). Для наблюдения стереоскопической модели сфотографированного объекта на экране монитора используют способ чередования снимков с использованием затворных очков.

ровании объекта фототеодолитом Photheo 19/1318 или универсаль­ ной метрической камерой UMK 10/1318 при нормальном случае съемки. Пространственные координаты при нормальном случае съемки вычисляют по формулам:

Х = (В /р )хт ; Z = (B / p)zAj

Y= (B/p\f.

Для определения размеров деталей используют контактные от­ печатки с негативов съемки.

Для определения горизонтальной детали объекта ВС (рис. 13.17) на левом и правом снимках измеряют координаты хВлев, хСлев, хВпр.

Рис. 13.17. Определение размеров деталей сооружения по фототеодолитным снимкам

При решении задачи необходимо учитывать знаки координат. Далее вычисляют продольный (горизонтальный) параллакс:

По формуле определяют

Х = - ( х с - х в).

Р

Для определения вертикальной детали объекта на левом сним­ ке измеряют координаты точек zBи zA

По формуле находим:

Z = - ( z B- z A).

Р

Наклонное расстояние между точками объекта вычисляют по формуле:

Д = л/Лх2 + Ау2 + Az2.

ЗВ6

1. Расстояние d до фасада сооружения измеряется стальной или лазерной рулеткой.

Если расстояние d от прибора до проекции вертикального отрез­ ка на землю (рис. 13.19) может быть непосредственно измерено, то для определения размера вертикальной детали, например, высоты окна BD, визируют на точки В и Д измеряя вертикальные углы Vj, v2. Затем зрительную трубу плавно опускают до пересечения перекрес­ тия сетки нитей с поверхностью земли и отмечают на фасаде объекта полученную точку Во Расстояние АВоизмеряют стальной рулеткой.

Высота окна Н= d(tgvl - tgv2), если вертикальные углы vlf v2 име­ ют одинаковые знаки. Если знаки vlf v2 противоположны, выраже­ ние приобретает вид:

H=d{tgv, + tgv2).

2. Расстояние d до фасада сооружения не может быть измерено непосредственно на местности.

В этом случае разбивают базис в 10—15 м (рис. 13.20). На точ­ ках базиса Л и С с помощью теодолита измеряют горизонтальные углы (3j и Р2, образованные линией базиса и направлением на точку В. Из уравнения

где P3 = 180°- (Pj + P2), вычисляют значения dxи d2.

Одновременно с измерением горизонтальных углов Pt и р2 из­ меряют и вертикальные углы vjr v2, v3, v4, визируя на точки В и D.

Размеры детали для контроля определяют дважды по форму-

Размеры наклонной детали определяют по формулам аналити­ ческой геометрии:

BD = yj(xD- хв)2 +(ус - y Bf +{zD- Z g f .

Р ис. 13.24. О п р е д е л е н и е р а з м е р о в н а к л о н н ы х д е т а л е й о б ъ е к т а

н ед в и ж и м о ст и

Обмеры криволинейных элементов

Вблизи объекта разбивают базис АС (рис. 13.25). На обмеряе­ мой детали выбирают наиболее характерные точки (1, 2, ...). Изме­ ряют горизонтальные углы Pt, Р2 между направлением базиса и на­ правлением на каждую точку и вертикальные углы vlf v2, v3. По этим данным измерений и величине базиса вычисляют координаты каж­ дой точки.

Если контур элемента объекта не имеет резко обозначенных изгибов (частей окружности, эллипса и пр.), то выбирать на нем точки, которые хорошо бы просматривались как с левой, так и с правой точек базиса, трудно. В этом случае для фиксации точек це-

392 лесообразно использовать лазерный луч.

Рис. 13.25. Обмеры криволинейных элементов объекта

На базе современных электронных геодезических приборов (тахеометры, лазерные дальномеры) и набора программных средств формируется автоматизированная технология, служащая для уско­ ренного сбора геодезической информации и автоматизированного построения на ее базе обмерных чертежей.

Всостав аппаратной части комплекса входят электронный безотражательный тахеометр Set 4110R фирмы Sokkia, лазерные даль­ номеры Disto Pro фирмы Leika с дальностью действия до 100 —120 м

идр. Все приборы оснащены электронной памятью и цифровым ин­ терфейсом для накопления и передачи информации в компьютер.

Наиболее подходящим методом измерения, доступным в тахео­ метре Sokkia Set 4110R, являются последовательные координатные измерения характерных точек с автоматической установкой дирекционного угла путем введения координат точки стояния и точки ориентирования.

Впроцессе программной обработки решается задача автомати­ ческого построения аксонометрии, планов и фасадов каркасно-то- чечной модели объекта недвижимости с использованием результа­ тов обмеров, произведенных с помощью электронных геодезичес­ ких приборов.

Встроенный в систему автоматического проектирования AutoCAD блок программирования на языке AutoLISP дает возмож­ ность разрабатывать приложения, выполняющие графические построения по заданной программе, что значительно ускоряет про­ цесс разработки проектной документации и позволяет автоматизи­ ровать процесс черчения, расчета, анализа и проектирования.

Информация, накопленная в приборах в процессе проведе­ ния обмеров, переводится в компьютер с помощью специализиро­ ванного пакета обработки геодезической информации PROLINK. Данный пакет имеет возможность модифицировать информацию и сохранять ее в файлах формата DXF нескольких типов, кото­ рые входят в состав форматов представления данных в системе AutoCAD. DXF-файлы содержат не только числовую координат­ ную, но и табличную информацию, включая семантические опи­ сания, что позволяет группировать данные внутри AutoCAD по оп­ ределенным признакам при построении чертежей. Дополнитель­ ная информация для анализа связей точек обмера при создании каркасно-точечной модели объекта недвижимости в форме так называемой матрицы ребер вводится в AutoCAD из обычного тек­ стового редактора.

Непосредственное автоматизированное построение обмерных чертежей на основе накопленной информации о геометрии объек­ та в файле DXF-формата осуществляется загружаемым программ­ ным файлом на языке AutoLISP в систему AutoCAD.

Сформированные таким образом файлы с расширением DWG являются стандартными файлами системы AUTOCAD, которые в дальнейшем можно редактировать, дополнять недостающей ин­ формацией и выводить на печать в обычном режиме.

Определение параметров сооружений, имеющим форму тел еращения

При обмерах сложных геометрических фигур и криволиней­ ных форм объектов (колонн, барабанов, куполов храмов) возника­ ет задача определения координат центров вращения и радиусов сечений. По полученным данным подсчитываются некоторые ха­ рактеристики сооружения, например, величину и направление крена, асимметрию, энтазис колонн.

Одна из возможных схем измерений объекта геодезическими методами приведена на рис. 13.26, а. Вблизи сооружения разбива­ ются два базиса АВ и ВС. Задаются определяемые сечения. В точках А, В и С устанавливаются теодолиты. Измеряются: 1) горизонталь­ ные утлы pt - Рб, составленные направлениями визирования на крайние точки сечения с направлениями базисов АВ и ВС; 2) длины

базисов АВ и ВС; 3) вертикальные утлы при наведении на точки 1 и 394 2 со станции А, 3 и 4 — со станции В и 5, 6 — со станции С.

Отметим, что наблюдаемые точки 1—6 принадлежат касатель­ ным к окружности сечения. Таким образом, наблюдатель видит хорды. Радиус сечения г подсчитывается по горизонтальному рас­ стоянию d от станции до центра вращения и углу р по формуле (рис. 13.26, б):

R =dsinp / 2.

Расстояния d от точек А, В и С определяются как неприступ­ ные.

Для контроля радиус определяется по данным измерений со станций А, В и С.

Р ис. 13.26. О п р е д е л е н и е с п о м о щ ь ю т е о д о л и т а р а з м е р о в э л е м е н т о в с о о р у ж е н и й , и м е ю щ и х ф о р м у т е л в р а щ е н и я :

а — схем а и зм ерени й с д в у х б ази сов; б — к р а с ч е т у р а д и у с а о бъ ек т а

Нивелирование пола и потолка

При реставрации сооружений обычно достаточно определить отметки нескольких характерных точек пола и потолка интерьера. Однако в ряде случаев возникает необходимость производить ниве­ лирование их поверхности, чтобы получить величину деформации. При небольших размерах помещений достаточно определить от­ метки нескольких характерных точек (рис. 13.27), положение кото­

АРХИТЕКТУРНЫ Е ОБМ ЕРЫ О Е Ш Т 1 В Н ЕД Щ Ж И М 1С ТИ

щ 13.11. Монитнрииг деформаций объектов недвижимости

Вертикальные и горизонтальные компоненты перемещений и деформаций объектов, а также горных пород, составляющих осно­ вание сооружения, измеряют геодезическими методами.

Для измерения вертикальных перемещений (осадок) в фун­ даменты и стены сооружений закладывают осадочные знаки и периодически определяют их высоты (отметки) методами геомет­ рического нивелирования. Абсолютные величины осадки получа­ ют нивелированием знаков относительно реперов. Вертикальные составляющие деформаций сооружения оценивают по разностям осадки соответствующих знаков.

Метод периодического нивелирования горизонтальности цо­ кольной части сооружения, карнизов, архитектурных поясов и др. позволяет определить масштаб осадок, их динамику в связи с дей­ ствием различных факторов.

Крен (наклон) сооружения может быть определен способом

вертикального проецирования. Для этого с помощью теодолита проецируют зрительной трубой на одну и ту же точку верха соору­ жения на горизонтальную линейку с делениями, закрепленную на цокольной части объекта. Проецирование производят при двух по­ ложениях вертикального круга через определенные промежутки времени, а изменения средних отсчетов асрпо шкале представляют приращения составляющей qx крена в направлении, перпендику­ лярном плоскости проецирования:

где — расстояние от наблюдательного пункта до шкалы; гх— рас­ стояние между проекциями на горизонтальную плоскость верхней наблюдаемой точки и оси шкалы.

Такие же наблюдения проводят в перпендикулярном направ­ лении со второго наблюдательного пункта по второй шкале, опре­ деляют перемещения д2, а полный крен О находят по формуле:

о=4я.\ +0.1 ■

Наблюдения за осадкой объектов недвижимости целесообраз­ но проводить на всех этапах реставрационных работ до оконча­ тельной стабилизации сооружений.

Изменения геометрических размеров конструкций архитек­ турных сооружений могут быть определены путем регистрации от­ клонения от вертикали с помощью теодолита и нивелирной рейки. Теодолит устанавливают так, чтобы оптическая ось его зрительной трубы была параллельна стене. Определяют отсчеты по рейке в са­ мой верхней и самой нижней точках стены (причем рейку переме-

щают перпендикулярно стене). По этим отсчетам определяют от­ клонение от вертикали.

Далее берут отсчеты в точках, расположенных на поверхности стены. Для анализа степени деформации по данным измерений может быть составлен план рельефа поверхности стены в изоли­ ниях.

При определении прогибов горизонтальных элементов (пере­ крытий, балок и др.) используют нивелиры с оптическими насад­ ками, позволяющими проводить измерения на расстоянии 0,5 —3 м от исследуемой конструкции. Измерения выполняют на различных участках конструкции по нивелирной рейке при одном горизонте прибора. Для этих целей могут быть использованы и гидростати­ ческие нивелиры, основанные на принципе сообщающихся сосу­ дов. По уровню жидкости в сосудах определяют степень прогиба конструкций.

Для определения деформации горизонтальных перемещений, происходящих в короткие временные интервалы, используют ла­ зерные визиры. Лазер устанавливают вблизи сооружения, а под­ вижное зеркало прикрепляют к наблюдаемой точке на сооруже­ нии. Луч лазера падает на зеркало и возвращается обратно. Смеще­ ние точки сооружения вызывает смещение подвижного зеркала, которое фиксируется изменением амплитуды отраженного сигна­ ла на движущейся фотобумаге. Наблюдения выполняют обычно с двух точек установки лазера.

Фотограмметрический метод измерения смещений и де­ формаций объектов недвижимости основан на анализе серии фотоснимков сооружения, полученных через определенные промежутки времени, характерные для выявления изменений. На снимках измеряют координаты маркированных знаков, ук­ репленных на сооружении. По разностям координат маркиро­ ванных знаков на разновременных снимках определяют вели­ чину смещения Az и Ах по вертикальной Z и горизонтальной X осям.

Величины деформаций плоскости сооружения:

Az = DAz / f\ Ах = DAx / / ,

где D — расстояние от плоскости сооружения до фотостанции; / — фокусное расстояние фотокамеры; z, х — измеренные отрезки на фотоснимках.

Фотограмметрический метод позволяет в короткие сроки с не­ обходимой точностью получить пространственную характеристи­ ку деформаций сооружений, имеющих значительную высоту и протяженность, и определить смещение любой точки сооружения

398 в трех измерениях.

Затем сервопривод поворачивает блок измерительной головки на угол, равный шагу измерения (при дискретности 0,1° полный оборот сканера состоит из 3600 отдельных вертикальных плоскос­ тей). Полная цифровая картина пространства представлена в виде набора 5 040 000 точек, выполненном за 30 минут. Цифровая модель объекта будет представлена в виде набора из миллионов или десят­ ков миллионов точек. Учитывая угол разворота зеркала и сканера в момент наблюдения и измерения расстояния, процессор вычисля­ ет координаты каждой точки. Далее измерения в реальном времени записываются на внешний или внутренний носители.

Схематически любой сканер можно разделить на несколько основных блоков:

—измерительная головка (как правило, в ней расположены ла­ зерный излучатель и приемник);

—вращающаяся призма, обеспечивающая распределение пучка в вертикальной плоскости;

—сервопривод горизонтального круга, обеспечивающий враще­ ние измерительной головки в горизонтальной плоскости;

—компьютер (внешний, внутренний), предназначенный для уп­ равления съемкой и записи данных на носитель.

Сканер имеет определенную область обзора или, другими сло­ вами, поле зрения. Предварительное наведение сканера на иссле­ дуемые объекты происходит с помощью встроенной цифровой фо­ токамеры либо по результатам предварительного разреженного сканирования.

Изображение, получаемое цифровой камерой, передается на экран компьютера, и оператор осуществляет визуальный контроль, выделяя необходимую область сканирования.

Работа по сканированию может происходить в несколько се­ ансов из-за формы объектов, когда не все поверхности видны с одной точки наблюдения. Например, при сканировании четырех стен здания полученные с каждой стены сканы совмещаются друг с другом в единое пространство в специальном программном мо­ дуле.

На стадии полевых работ необходимо предусмотреть зоны ви­ димого перекрытия сканов. При этом перед началом сканирования в этих зонах размещают специальные мишени. По координатам этих мишеней и будет происходить процесс «сшивки». Можно сов­ местить облака точек без мишеней, используя характерные точки снимаемого объекта. После того как произведены измерения, на­ чинается процесс обработки. Изначально «сырые измерения» представляют собой набор («облако») точек, которые необходимо представить в виде чертежей, схем в CAD-формате.

Никакое программное обеспечение не может успешно решить проблему распознавания образов ни в автоматическом, ни в полу-

автоматическом режиме с той степенью достоверности, которая нужна профессиональному пользователю. Процесс обработки за­ висит от желаемого результата. Это может быть непосредственно само облако точек, триангулирующая поверхность (TIN), набор се­ чений, план, трехмерная модель объекта либо набор измерений (длины, периметры, диаметры, площади, объемы).

В целом обработка состоит из нескольких основных этапов.

Сшивка сканов

Как правило, во время съемки сканирование производится с нескольких точек для полного покрытия поверхности объекта. При создании единой точечной модели необходимо произвести объеди­ нение (сшивку) отдельных сканов в один. Существует несколько методов сшивки с различной степенью автоматизации. Часто ис­ пользуется метод совмещения сканов по опорным точкам, которые отображаются на смежных сканах. В качестве таких точек могут быть использованы специальные призмы, светоотражающие пла­ стины или наклейки, имеющие более высокий коэффициент отра­ жения и поэтому вполне однозначно определяемые. Если сканер имеет компенсатор наклона, то требуется всего одна исходная опорная точка.

Трансформирование координат

Для точного представления будущего чертежа или схемы необходимо определить систему координат. Начало системы ко­ ординат каждого отдельного скана находится в центре измери­ тельной головки сканера, при перемещении которой изменяется положение начала системы координат скана. Для связи коорди­ нат объекта, полученных из разных сканов, необходимо выбрать единую систему координат, определить в ней центр сканирования для каждого случая (например, с помощью электронного тахео­ метра) и трансформировать все полученные координаты в еди­ ную систему.

Создание поверхностей

Наиболее сложный и основной процесс обработки — это пред­ ставление «облаков» точек математически описываемыми поверх­ ностями. Как правило, математический аппарат прикладного про­ граммного обеспечения позволяет создавать простейшие правиль­ ные математические поверхности (плоскость, сфера, цилиндр и проч.) либо аппроксимировать поверхность триангуляционным ме­ тодом (TIN-поверхность). Созданные подобным образом поверх­ ности вполне представимы в стандартных форматах DXF, IGES, VRML, SAT, STL, DGN и, соответственно, могут быть экспортирова-

402 ны в любые CAD и ЗЭ-приложения.

для непосредственного измерения расстояния используется свето­ вой импульс, главное преимущество импульсных сканеров заклю­ чается в дальности измерений (несколько сотен метров), которая обеспечивается высокой мощностью лазера. Следует помнить, что излучение таких лазеров может быть вредно для глаз. Помимо измеренного расстояния для определения пространственного по­ ложения точки фиксируются значения горизонтального и верти­ кального углов поворота лазерной головки. Точность измерений импульсными сканерами может достигать нескольких миллимет­ ров, но с увеличением расстояния до объекта она снижается. Важ­ но помнить, что максимальная дальность измерения сканерами предполагает отражение лазерного луча от поверхности с высоким коэффициентом отражения. В реальности же коэффициент отра­ жающей способности поверхности сканируемого объекта ниже (стена здания и др.), соответственно уменьшается и максимальная дальность измерения.

Фазовые сканеры имеют дальность действия в пределах 100 м. В сканерах этого типа реализован метод определения расстояний, основанный на измерении сдвига фаз излучаемого и принимаемо­ го сигналов. Этот метод использует модулированный световой сиг­ нал, поэтому для определения расстояния не требуется большой мощности лазера, и расстояния могут быть измерены с точностью 1 —2 мм. Необходимо учитывать, что дальность действия сканера весьма ограничена. Пространственное положение точек определя­ ется так же, как и у импульсных сканеров. Фазовые сканеры ис­ пользуют безопасный для глаз лазер и отличаются скоростью изме­ рений, которая превосходит скорость импульсных сканеров в де­ сятки и сотни раз.

Триангуляционный метод реализуется в высокоточных скане­ рах. Особенность устройства этих систем состоит в том, что излуча­ тель и приемник сигнала разнесены на известное расстояние (ба­ зис). Определение пространственного положения точки объекта сводится к решению площади обычного треугольника, в котором известна длина одной стороны и два прилегающих к ней угла. Три­ ангуляционные сканеры позволяют выполнить измерения с точнос­ тью до десятых и даже сотых долей миллиметра, но на очень корот­ кой дистанции (не превышающей нескольких метров). Подобные сканеры применяются, как правило, для точной съемки при рестав­ рации и в архитектуре. При выборе лазерного сканера особое вни­ мание нужно уделить техническим характеристикам, к которым относятся:

—точность измерений; —разрешение сканирования;

—максимальная дальность сканирования; 404 —скорость сканирования;

—размер поля зрения; —возможность интеграции с другими приборами (например, ви­

деокамерой или GPS-приемником).

Основные отличия от традиционных тахеометров — это высо­ кая скорость измерений, сервопривод, автоматически поворачи­ вающий измерительную головку в обеих (горизонтальной и верти­ кальной) плоскостях и, самое главное, скорость (до 5000 измере­ ний в секунду или, в среднем, два —три рабочих дня измерений обычным тахеометром) и плотность (до десятков точек на 1 см2 по­ верхности). Полученная после измерений модель объекта пред­ ставляет собой гигантский набор точек (от сотен тысяч до несколь­ ких миллионов), имеющих координаты с точностью в несколько миллиметров. Не нужно смотреть в окуляр тахеометра, выискивая цель, не нужно нажимать кнопку для запуска дальномера и записи полученных данных в память и, наконец, не нужно бесконечно пе­ реставлять прибор для поиска наиболее выгодной для съемки по­ зиции. Все это можно делать с одной точки без участия оператора и в десятки раз быстрее, сохранив при этом необходимую точ­ ность.

Применение лазерной технологии в кадастровых работах и ар­ хитектуре (рис. 13.31—13.34):

—съемка фасадов зданий; —составление подробных планов, разрезов и чертежей М 1:20;

—создание ЗО-моделей зданий для проектирования, реконструк­ ции и реставрации;

—архитектурный мониторинг фасадов; —создание архивов моделей фасадов; —создание ЗО-моделей фасадов;

—создание ЗО-моделей зданий для расчета освещенности; —ЗО-моделирование улиц и кварталов для последующего проек­

тирования застройки.

Преимущества по сравнению с другими технологиями архи­ тектурных обмеров объектов недвижимости:

—полная цифровая модель объекта; —ЗО-моделирование улиц и кварталов для последующего проек­

тирования застройки; —высокая точность построения модели (от 3 —5 мм);

—значительное (до 90 %) сокращение времени на полевые изме­ рения;

—съемка труднодоступных и сложных объектов; —полная автоматизация процесса измерений;

—сведение к минимуму влияния «человеческого фактора»; —дистанционное управление процессом съемки через радиока­

нал; —визуализация процесса измерений в реальном времени.

23. Скогорева Р.Н Геодезия с основами геоинформатики. М.: Высшая школа, 1999.

24.Скогорева Р.Н. Геодезия с основами градостроительного кадастра. М.: М осковские учебники и картолитография, 2002.

25.Скогорева Р.Н Основы кадастра. М.: МАрхИ, 2004.

26. Строительные нормы и правила градостроительства. Планировка и застройка городских и сельских поселений. СНиП 2.07.01-89. Гос­ строй России.

27.Формы кадастрового плана территории, кадастровой выписки о зе­ мельном участке, кадастровых паспортов объектов недвижимости / Утв. приказами М инистерства юстиции РФ от 18.02.2008 № 32 и от 19.03.2008 № 66.

28.Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (1803 —1907).

Рекомендуемые сайты в Internet по вопросам кадастра недвижимости

1. http://w w w .kadastr.ru/ — Ф едеральное агентство кадастра объектов недвижимости (Росреестр).

2.http://w w w .fccland.ru/ — ФГУП «Федеральный кадастровый центр "Земля"» Роснедвижимости.

3.http://w w w .vishagi.com / — ФГУП «Госземкадастрсъемка» — ВИСХАГИ Роснедвижимости.

4. http://w w w .r50kadastr.ru/ — Управление Роснедвижимости по

М осковской области.

5.http://w w w .r77kadastr.ru/ — Управление Роснедвижимости по городу Москве.

9.http://w w w .igisland.ru/ — И нформационный портал «Кадастр».

10.http://w w w .investzem .ru/ — И нформационный портал «Все, что про­

чно связано с землей».

И . http://w w w .realestate.ru/ — Информационный портал «Недвижи­ мость».

12.http://w w w .landpaym ent.ru/ — Информационный портал «Земельные платежи».

13.http://w ikim apia.org/ — Картографический сайт «Викимапия».