WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«И ФОРМЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ НЕМЕТРИЧЕСКИХ ЦИФРОВЫХ КАМЕР Монография Нижний Новгород Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное ...»

Г.А. Шеховцов, О. В. Раскаткина

КОНТРОЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ

И ФОРМЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

С ПОМОЩЬЮ НЕМЕТРИЧЕСКИХ ЦИФРОВЫХ КАМЕР

Монография

Нижний Новгород

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Г. А. Шеховцов, О. В. Раскаткина Контроль пространственного положения и формы строительных конструкций с помощью неметрических цифровых камер Монография Нижний Новгород ННГАСУ ББК 26.1 Ш 54 Р 24 УДК 528.482:69.058.2

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Мазуркин П. М. – д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой природообустройства Поволжского государственного технологического университета Кулагин Е. П. – д-р техн. наук, профессор кафедры геодезии и землеустройства Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии Шеховцов Г.А. Контроль пространственного положения и формы строительных конструкций с помощью неметрических цифровых камер [Текст]: монография / Г.А. Шеховцов; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т – Н.Новгород: ННГАСУ, 2017. –118 с.: ил .

ISBN 978-5-528-00232-3 Даются понятия вертикальных, горизонтальных и произвольно расположенных в пространстве референтных линий и рассмотрены различные варианты их формирования и использования для контроля вертикальности, горизонтальности, прямолинейности строительных конструкций инженерных сооружений .

Показана методика использования в качестве вертикальной референтной прямой нити шнурового отвеса и способы масштабирования фотоснимка. Изложены особенности калибровки любительских неметрических цифровых камер по горизонтальному и вертикальному базисам. Детально описаны теоретические основы использования таких камер с целью: определения смещений опорных узлов ферм на оголовках колонн, наблюдения за трещинами несущих конструкций, определения радиуса сооружений круглой формы, контроля планововысотного положения путей мостового крана, определения крена сооружений башенного типа. Приведены результаты экспериментальных исследований и оценки точности перечисленных фотографических способов контроля пространственного положения и формы строительных конструкций .

Монография рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся наблюдениями за деформациями конструкций зданий, сооружений и оборудования и может быть полезна студентам технических вузов .

Табл. 30, ил. 88, библиограф. назв. 22 .

ББК 26.1

–  –  –

ВВЕДЕНИЕ Здания и сооружения, вследствие их конструктивных особенностей и постоянного влияния техногенных и природных факторов, могут претерпевать различного вида деформации, под которыми понимаются изменения в пространственном положении инженерных сооружений .

Контроль пространственного положения строительных конструкций инженерных сооружений (проверка их вертикальности, горизонтальности, прямолинейности и т. п.) предусматривает выполнение различного вида геодезических измерений с последующим сравнением полученных результатов с их истинными значениями, в качестве которых зачастую выступают так называемые референтные прямые линии .

Референтной прямой принято называть линию, которая с достаточной степенью точности совмещена (или ориентирована с известными параметрами переноса) с осями выверяемого объекта .





Формирование реальных референтных прямых может осуществляться способом струнного створа, оптического створа, лучевого створа и др. Референтная прямая может быть не только реальной, но и воображаемой. Например, определение крена дымовой трубы предусматривает определение отклонения оси трубы от воображаемой вертикальной линии. Такой же воображаемой может быть горизонтальная линия при нивелировании, например, подкрановых путей мостового крана с целью проверки их горизонтальности .

Практически всем обычным способам геодезического контроля присущи недостатки, связанные с их зависимостью от застроенности территории, насыщенностью цехов технологическим оборудованием, необходимостью многократного использования мостового крана, выходом наблюдателя на крановый путь или его подъёмом к оголовку колонн, что сопряжено со значительными трудностями и небезопасно. Для их устранения на кафедре инженерной геодезии ННГАСУ были разработаны различные дистанционные, в том числе и фотографические способы, основанные на новейших технологиях .

Следует сразу оговориться, что классическая фотограмметрическая обработка снимков потребует квалифицированного исполнителя, специального оборудования и знания современных автоматизированных программ такой обработки. В настоящее время для фотограмметрических измерений снимков можно использовать компьютерный стереокомпаратор KSK-4 или одну из цифровых фотограмметрических систем ЦФС, таких, например, как ERDAS, ENVI, PHOTOMOD .

В настоящее время широкое распространение получили цифровые видеоизмерительные устройства на базе использования ПЗС-матриц в сочетании с компьютерной техникой – так называемые неметрические

–  –  –

Наличие таких камер, совместимых с персональным компьютером, и программ редактирования фотографических изображений (Paint, АrchiCAD, Adobe Photoshop CS6 и др.) позволило разработать различные варианты фотографического способа контроля пространственного положения и формы строительных конструкций. Для этого достаточно сфотографировать сооружение и вывести его изображение на экран монитора ПК .

Причём снимок должен обладать необходимой семантометрической насыщенностью, под которой будем понимать значение (смысл) результатов обработки полученной информации и выдачи этих результатов в цифровой, графической или иной форме в метрической или другой системе единиц .

Для этого необходимо решить две задачи. Во-первых, на снимке должна присутствовать референтная линия, от которой будут производиться все необходимые измерения. И, во-вторых, снимок должен быть масштабирован для получения результатов измерений в метрической системе единиц .

–  –  –

Третьим способом формирования вертикальной референтной прямой м может служить нить шнурового отвеса, расположенного перед объективом фотоаппарата (рис. 3а) .

–  –  –

Устанавливают теодолит в точке 1 (рис. 4а) и производят вертикальное проектирование хорошо заметной верхней точки М на горизонтальную нивелирную рейку, закрепленную внизу трубы (рис. 4б). Фиксируют на рейке отсчёт М'. Затем сооружение фотографируют так, чтобы на фотографии были четко видны точка М и рейка .

Эту фотографию выводят на экран монитора и на ней проводят линию, соединяющую точки М и М' (рис. 4б). В дальнейшем все измерения можно производить от этой линии или от произвольной линии АВ, ей параллельной .

Измерения заключаются в определении расстояний от референтной прямой АВ до левого и правого края образующей трубы в верхнем lв, l'в, нижнем lн, l'н и любых других промежуточных сечений трубы 1, 2, 3 … Нивелирная рейка, помимо прочего, служит для масштабирования снимка .

Сами измерения li можно производить с помощью обычной линейки с миллиметровыми делениями, с помощью горизонтальной линейки на экране монитора или, при наличии программы редактирования фотографических изображений, с помощью стрелки-курсора .

Для каждого сечения вычисляют расстояние от референтной прямой до центра трубы liц по формуле

liц = li + 0,5(l'i – li). (1)

Сравнивая полученные расстояния между собой можно судить о крене трубы и об отклонениях её оси от вертикали по направлению, перпендикулярному направлению фотографирования. Для получения полного крена трубы и его направления надо все действия повторить с точки 2 .

Аналогичным образом можно произвести профилирование стен здания, фотографируя его с точек 1 и 2 (рис. 4а) и производя в дальнейшем измерения от референтных линий вверху lв, внизу lн и в любых других промежуточных точках 1, 2, 3 …(рис. 4б) .

Определение крена сооружения башенного типа треугольной формы описанным выше фотографическим способом в сочетании с вертикальным проектированием можно выполнить следующим способом .

Устанавливают теодолит на некотором расстоянии от башни и производят вертикальное проектирование теодолитом при двух положениях вертикального круга хорошо заметной верхней точки МВ сооружения на горизонтальную нивелирную рейку, закрепленную внизу сооружения .

Фиксируют на рейке отсчёт МН (рис. 5). Затем сооружение фотографируют так, чтобы на фотографии были четко видны точка МВ и рейка, которая в дальнейшем служит для масштабирования снимка. Эту фотографию выводят на экран монитора, где воображаемая линия МВМН будет являться референтной .

Программа редактирования фотографических изображений предусматривает наличие прямоугольной системы координат, пользовательское начало которой (0,0) может быть установлено в любой, например, в левой верхней точке снимка. Осью х является левый край снимка, а осью у – его верхний край. Подводя последовательно стрелкукурсор к точкам МВ и МН, сразу читают на экране монитора значения расстояний уВ и уН в некоторых условных единицах (пикселях). Если эти расстояния одинаковы, то ось х (условная референтная прямая) параллельна МВМН .

–  –  –

В дальнейшем все измерения производят от осей х и у. Измерения заключаются в определении расстояний от условной референтной линии до левого и правого края башни в верхнем уВЛ, уВП, нижнем уНЛ, уНП и любых других уiЛ, уiП промежуточных сечений трубы. Одновременно с этим фиксируют вертикальные расстояния хВ, …, хi, …, хН. Результаты измерения фотографии башни (рис. 5) по 11 её сечениям, расположенным на разной высоте, представлены в табл. 2 .

–  –  –

Сравнивая полученные значения у0 между собой судят об отклонениях оси башни от вертикали на разных уровнях. В нашем примере общий крен башни составляет 363,5(сечение 11) – 356,5(сечение 1) = 7 условных единиц, умножив которые на цену одной условной единицы (цену деления), можно выразить его в миллиметрах .

Цену деления l можно определить, поделив известную длину отрезка в мм на её длину в условных единицах. В нашем примере отрезками известной длины были проектные длины сторон Si треугольников разных сечений, поэтому l определялась по формуле S l=. (3) уП уЛ Результаты определения l, представленные в табл. 2, находятся в пределах 77,78 – 80,64 мм, то есть отличаются всего на 2,86 мм. Среднее значение цены деления составило 79,64 мм, поэтому общий крен башни в нашем примере будет равен 7х79,64 = 557,48 мм .

Рассмотренный выше пример предусматривал параллельность референтной линии МВМН левому краю фотографии (оси х). Если на фотографии (рис. 5) уВ не равно уН, отличаясь на B = уВ – уН, то в результаты измерений уiЛ, уiП необходимо вводить поправки i со знаком, противоположным знаку B, вычисляя их по формуле

–  –  –

Перспективным способом створных измерений считаем применение цифровых фотокамер, основан основанное на использовании горизонтальных референтных линий. Здесь достаточно сфотографировать контрольные точки створа, располагая оптическую ось камеры вдоль него. В этом случае линию створа можно использовать в качестве референтной линии от которой линии, измерять отклонения контрольных точек, используя программы редактирования фотографических изображений .

Так, например, отцентрировав фотоаппарат в начальной точке 1 (рис. 7) и сфотографировав рельс по направлению на конечную точку n, можно сразу от этой референтной линии 1-n определять отклонения оси рельса от прямой .

Протяженный створ 1-n разбивается на примерно равные части. Фотографирование производится так, чтобы последняя измеряемая точка на снимке предыдущего частного створа являлась начальной точкой для последующего створа. При этом оптическая ось фотокамеры при съёмке всякий раз ориентируется на последнюю точку n общего створа .

створа

–  –  –

О1 О2 О3 О5 О4 Рис. 8. Схема фотографического способа определения стрелы прогиба

–  –  –

Таким образом, контроль пространственного положения строительных конструкций инженерных сооружений фотографическим способом можно осуществлять с использованием вертикальных, горизонтальных и произвольно расположенных в пространстве референтных линий .

линий

–  –  –

В работах [2,3] приведены примеры использования цифровых фотокамер при определении деформаций инженерных сооружений с целью установления их промышленной безопасности. Исследуемый объект фотографируют с приложенной к нему горизонтально нивелирной рейкой. Изображение рейки на фотоснимке служит для его масштабирования с целью сштабирования получения результатов измерений на нём в метрической системе. При этом, кроме фотографирования необходимо, как правило о пределять правило, расстояние от объекта до фотокамеры с помощью рулетки или дальномера. В данной главе рассматривается методика совмещения операций масштабирования снимка и определения расстояния до исследуемого объекта путём выполнения соответствующей калибровки цифровой фотокамеры .

Под фотографическим способом измерения расстояний будем понимать определение разрешения снимка в зависимости от удаления цифровой фотокамеры от объекта съёмки. Эта задача решается путём измерений по снимку известной длины базиса в пикселях, выполненных в программе Рaint, и сравнения её с реальной длиной базиса. Для этого необходимо предварительно выполнить соответствующую калибровку фотокамеры путём последовательного фотографирования базиса через определённый интервал. По полученным снимкам находят количество пикселей i соответствующих длине базиса и его расстоянию di от камеры .

В такой постановке процесс калибровки камеры имеет целью исключение влияния дисторсии объектива, для чего необходимо, чтобы изображение рейки всегда занимало на снимке центральное положение. Поэтому, при базисе постоянной длины, погрешность за счёт дисторсии объектива абсолютно одинакова при всех расстояниях от базиса до камеры. Следовательно, она не влияет на точность проводимых измерений .

–  –  –

На местности на одной линии, в качестве которой была использована обычная рулетка, были намечены через 1 метр точки, отстоящие от горизонтально расположенной и перпендикулярной этой линии 3-метровой нивелирной рейки (b = 3 м) на расстояниях d = 2, 3, 4,…, 30 м. С каждой точки рейка фотографировалась «с руки» по два раза, а центрирование фотокамеры над каждой точкой осуществлялось с помощью шнурового отвеса .

Затем каждая фотография выводилась на экран монитора, файл открывался с помощью Paint, курсор подводился к левому и правому концам рейки и отсчитывалось количества пикселей Л и П соответствующих каждому положению курсора. Находили разности количества пикселей соответствующих длине рейки 1,2 = П – Л и выводили средние их значения из двух выполненных на каждой точке экспозиций = (1+2)/2. Результаты измерений и вычислений приведены в табл. 3 .

Таблица3 Результаты калибровки фотокамеры Nikon COOLPIX S9100

–  –  –

15 590 5,1 592,0 2,0 16 554 5,4 555,0 1,0 17 522 5,7 522,3 0,3 18 492 6,1 493,3 1,3 19 466,5 6,4 467,3 0,8 20 443 6,8 444,0 1,0 21 423 7,1 422,8 -0,2 22 403,5 7,4 403,6 0,1 23 387 7,6 386,1 -0,9 24 370,5 8,1 370,0 -0,5 25 356,5 8,4 355,2 -1,3 26 342 8,8 341,5 -0,5 27 329,5 9,1 328,9 -0,6 28 318,5 9,4 317,1 -1,4 29 307,5 9,8 306,2 -1,3 30 296,5 10,1 296,0 -0,5 По данным табл. 3 можно определить размер одного пикселя = b/, соответствующий конкретному расстоянию d от фотокамеры до рейки. Проведённые исследования показали, что размер одного пикселя зависит только от расстояния d и не зависит от величины базиса b. Эта зависимость иллюстрируется графиком на рис. 10 и может быть выражена

–  –  –

где i – размер одного пикселя на расстоянии d i ; н – размер пикселя на расстоянии dн = 3 м; к – размер пикселя на расстоянии dк = 30 м .

Так, например, при расстояниях 10 и 20 м размер пикселя равен соответственно 3,4 и 6,8 мм/пкс, то есть тем же значениям, что и в табл. 3 .

Поэтому на практике можно ограничиться тщательным определением размеров н и к, а любой другой размер пикселя i может быть найден по формуле (7). В дальнейшем теоретический размер пикселя i может использоваться, во-первых, для перевода пикселей в метрическую систему единиц и, во-вторых, для контроля правильности определения di .

Размер пикселя, мм/пкс

–  –  –

В свою очередь размером пикселя можно характеризовать точность определения, поскольку в процессе измерения снимков установлено, что отсчёты Л и П (графы 2, 3) можно брать с точностью до 1 пикселя .

На основании данных табл. 3 построен для фотокамеры Nikon COOLPIX S9100 график зависимости расстояний d от количества пикселей, приходящихся на базис длиной 3 м. По такому графику, вычерченному в крупном масштабе, можно определять графически расстояние d в зависимости от количества пикселей для применяемого базиса определённой длины (рис. 11) .

Следует отметить, что в данной постановке процесс калибровки камеры имеет целью исключение влияния дисторсии объектива, поскольку, во-первых, изображение рейки должно всегда занимать на снимке центральное положение, а размер пикселя, определённый по изображению рейки, не применяется для других частей снимка. Действительно, если точки i и i+1 (рис. 11) дают правильные расстояния di d(i+1) независимо от наличия или отсутствия дисторсии объектива, то и промежуточная точка i также зафиксирует правильное расстояние d. Поэтому для предлагаемой методики калибровки не требуется использование специальных цифровых фотограмметрических систем типа ERDAS, ENVI, PHOTOMOD Litе .

Количество пикселей, +1 ( –) = + = + [( – +1 ], (8)

–  –  –

Затем по значениям были определены однометровые интервалы (графа 6), внутри которых, согласно табл. 3, располагались. Искомые расстояния dвыч (числитель графы 8) были найдены путём интерполяции между крайними значениями i и i+1 этих интервалов (рис. 12), которым соответствуют свои значения (i – i+1) .

Результаты вычислений по формуле (9) представлены в табл. 4. Расхождения между измеренными и вычисленными расстояниями оказались в пределах от –40 до + 45 мм, а относительные ошибки в пределах от 0,0 до 1,1% (числитель графы 9 табл. 4). Следует сказать, что эти погрешности

–  –  –

Принимая во внимание 28 контрольных точек в диапазоне величин от 3 м до 30 м, представленных в табл.

3, можно для нахождения коэффициента А на основе метода наименьших квадратов получить следующее соотношение:

n

–  –  –

Подставляя последовательно в соотношение (11) данные из табл. 3, получим для коэффициента А величину 8879,6 мпкс. Для контроля правильности выбора аналитического выражения (11) была выполнена проверка точности определения расстояний d от величин в диапазоне расстояний от 3 м до 30 м. Для этого с помощью формулы (10) были вычислены значения величин di в точках i, заданных в табл. 3 и сравнены с соответствующими табличными значениями. По их разности были найдены относительные ошибки вычисленных значений di по отношению к табличным d и построен график (рис. 13) .

Как следует из рис. 13, относительные ошибки величин di для обоих базисов в диапазоне от 3 до 10 м не превышают 3,8%. Максимальных значений они достигают при малых расстояниях от 3 до 10 метров. На расстояниях свыше 10 м ошибки остаются практически одинаковыми в пределах 0,5 – 1%, что, вообще говоря, при описанной методике калибровки соответствует точности нитяного дальномера геодезического прибора .

Для повышения точности определения расстояний предлагается методика введения в результаты измерений соответствующих поправок .

Для этого по формуле (10) находим = A/d количество пикселей, соответствующих расстояниям 3,4,5,…,29,30 м (графа 7 табл. 3) .

4,5 3,5 2,5 1,5 0,5

-0,5

-1 Расстояния d, м Рис. 13. График зависимости ошибки вычисления величин d Разности p = – (графа 8) являются поправками в измеренные значения пикселей (графа 5), характер изменения которых в зависимости графа от расстояния иллюстрируется на рис. 14. График наглядно показывает, как с увеличением расстояния величина поправки уменьшается и, начиная с некоторого момента (в нашем случае примерно с 15 м), остаётся постоянной и практически равной нулю .

Поправки р, пкс

-20 Расстояния d, м Рис. 14. График зависимости поправок р от расстояния d Аналогичный график (рис. 15) показывает зависимость величины поправки р от количества измеренных пикселей. По такому графику, вычерченному в крупном масштабе, можно определять графически p в зависимости от количества пикселей для применяемого базиса определённой длины (рис. 15) .

Аналитический путь определения поправки p заключается в том, что по измеренному значению определяют однометровый интервал с количеством пикселей i и i+1, внутри которого располагается (см .

–  –  –

-0,4

-0,8

-1,1

-0,6

-1,4

-0,6

-0,7

-1,5

-2,4

-0,6 107,9 69,2 46,4 17,6 21,1 15,3 10,7 10,5 7,7 5,3

–  –  –

Для проверки предлагаемой методики были использованы результаты контрольных измерений (см. табл. 4). По значениям были определены по формуле (12) поправки рi, а искомые расстояния dвыч (знаменатель графы 9) были вычислены по формуле (13). Расхождения между измеренными и вычисленными расстояниями оказались в пределах от –16 до + 29 мм, а относительные ошибки в пределах от 0,04 до 0,3%, что подтверждает эффективность использования предлагаемой методики введения поправок в результаты измерений .

С целью определения влияния величины базиса на точность аналитического способа вычисления расстояний, было выполнено соответствующее знаковое моделирование. Его сущность поясняется рис. 9 и заключается в следующем [5] .

На местности на одной линии, в качестве которой использовалась обычная рулетка, были намечены через 0,5 метра точки, отстоящие от горизонтально расположенной и перпендикулярной этой линии 3-х метровой нивелирной рейки на расстояниях d = 3; 3,5; 4,…,29; 29,5; 30 м. С каждой точки рейка фотографировалась со штатива, высота которого соответствовала высоте расположения рейки над землёй. Центрирование фотокамеры Nikon COOLPIX S9100 над каждой точкой осуществлялось с помощью шнурового отвеса. Всего этой камерой было сделано около 60 фотографий .

Затем каждую фотографию выводили на экран монитора, открывали файл с помощью Paint, курсор подводили к левым Л0,5;1;1,5;2;3 и правым П0,5;1;1,5;2;3 делениям рейки и отсчитывали количество пикселей, соответствующих каждому положению курсора. Таким образом выполнялась калибровка камеры при разных базисах b, равных 0,5; 1; 1,5; 2 и 3 м. Находили разности 0,5;1;1,5;2;3 = П–Л количества пикселей, соответствующих длине каждого базиса. Результаты измерений и вычислений приведены в табл. 5 .

Таблица 5 Результаты калибровки фотокамеры Nikon COOLPIX S9100

–  –  –

19,0 2236 2158 2119 2078 2040 1768 1846 1884 1924 1963 468 312 235 154 77 19,5 2249 2172 2134 2096 2058 1792 1868 1907 1944 1982 457 304 227 152 76 20,0 2233 2158 2121 2084 2047 1788 1862 1899 1936 1973 445 296 222 148 74 20,5 2224 2151 2115 2078 2043 1790 1862 1898 1934 1970 434 289 217 144 73 21,0 2229 2156 2122 2087 2051 1804 1875 1909 1944 1980 425 281 213 143 71 21,5 2217 2147 2113 2079 2044 1802 1872 1906 1940 1974 415 275 207 139 70 22,0 2201 2133 2098 2066 2031 1796 1863 1896 1930 1963 405 270 202 136 68 22,5 2216 2150 2117 2085 2050 1821 1886 1918 1952 1984 395 264 199 133 66 23,0 2208 2144 2111 2080 2047 1821 1886 1918 1950 1981 387 258 193 130 66 23,5 2208 2145 2113 2082 2049 1831 1894 1924 1956 1987 377 251 189 126 62 24,0 2175 2112 2081 2051 2020 1805 1866 1897 1926 1959 370 246 184 125 61 24,5 2194 2134 2103 2074 2043 1833 1892 1922 1953 1982 361 242 181 121 61 25,0 2179 2121 2090 2061 2031 1825 1884 1913 1942 1971 354 237 177 119 60 25,5 2184 2124 2097 2067 2037 1836 1893 1921 1951 1979 348 231 176 116 58 26,0 2194 2137 2108 2079 2051 1853 1909 1937 1965 1993 341 228 171 114 58 26,5 2127 2072 2044 2016 1988 1793 1848 1877 1904 1932 334 224 167 112 56 27,0 2180 2125 2097 2070 2041 1851 1906 1933 1961 1987 329 219 164 109 54 27,5 2181 2128 2100 2072 2045 1858 1912 1938 1965 1991 323 216 162 107 54 28,0 2222 2169 2141 2115 2089 1905 1957 1984 2010 2036 317 212 157 105 53 28,5 2158 2106 2079 2054 2028 1846 1899 1924 1949 1976 312 207 155 105 52 29,0 2204 2152 2126 2101 2075 1896 1948 1973 1999 2023 308 204 153 102 52 29,5 2208 2158 2131 2107 2082 1906 1957 1982 2006 2031 302 201 149 101 51 30,0 2211 2161 2136 2111 2086 1913 1964 1988 2013 2037 298 197 148 98 49

–  –  –

По таким графикам, вычерченным в крупном масштабе, можно определять графически расстояние в зависимости от количества пикселей для применяемого базиса определённой длины. По этим данны можно, при данным необходимости, также определить размер одного пикселя = b/, соответствующий конкретному расстоянию d от фотокамеры до рейки. рейки Аналитический путь определения некоторого расстояния d заключается в том, что по измеренному значению, соответствующему этому расстоянию, определяют 0,5-метровый интервал (табл. 5), внутри которого располагается. Искомое расстояние находят путём интерполяции между крайними значениями i и i+1 этого интервала .

Другой, рассмотренный выше, аналитический путь определения расстояния до объекта съёмки по его фотографии предусматривает выбор аналитической зависимости (10) расстояния d от количества пикселей. Для этого были использованы данные ( табл. 5) для базисов 0,5; 1,0;

1,5; 2,0 и 3,0 м .

Подставляя в соотношение (11) данные из табл. 5 последовательно .

для каждого базиса при n = 55, получим для коэффициента А следующие величины: A= 8876,0 для базиса 3,0 м; A= 5913,6 для базиса 2,0 м; A,= = 4432,1 для базиса 1,5 м; A= 2958,6 для базиса 1,0 м и A A,= 1486,3 для базиса 0,5 м. Размерность коэффициента А мхпкс .

Для контроля была выполнена проверка точности определения расстояний d от величин в диапазоне расстояний от 3 м до 30 м. Для этого с помощью формулы (10) при найденных коэффициентах А были вычислены значения величин di в точках i, заданных в табл. 5 и сравнены с соответствующими табличными значениями. По их разности были найдены относительные ошибки вычисленных значений di по отношению к табличным d и построены графики (рис. 17) .

(рис Относительная ошибка, % Как следует из рис. 17, относительные ошибки вычисленных по рис формуле (10) величин di для всех базисов в диапазоне от 3 до 30 м не превышают 5%. Максимальных значений они достигают при малых расстояниях от 3 до 8 метров. На расстояниях свыше 8 м ошибки остаются практически одинаковыми в пределах 0 – 1%, за исключением ошибок для базиса 0,5 м (пунктирная линия на рис. 17). В среднем относительные ошибпунктирная ки для базисов 1,5; 2,0 и 3,0 м составили 0,4%, а для базисов 0,5 и 1,0 м они равны 0,6% или 1/250 и 1/167 величины измеряемого расстояния, что при расстояния описанной методике калибровки соответствует точности нитяного дальноочности мера геодезического прибора .

прибора Для выяснения степени влияния интервала калибровки на точность определения расстояния d были подсчитаны по изложенной выше методике для базисов 3,0 м и 1,0 м коэффициенты А при интервалах фотографирования 1 м, 2 м и 3 м и сравнены с таковыми, ранее найденными для интервала 0,5 м. Эти коэффициенты оказались практически равными между собой: A0,5 = 8876,0, A1= 8881,4, A = 8882,1, A3 = 8892,9 для базиса 3,0 м и A0,5 = 2958,6, A1= 2957,8, A = 2958,1, A3= 2956,4 для базиса 1,0 м .

Подсчитанные по этим коэффициентам относительные ошибки представлены в виде графиков на рис. 18 и 19. Эти графики наглядно демонстрируют, что точность определения расстояния остаётся практически одинаковой при интервалах калибровки 0,5 – 3,0 м .

Относительная ошибка, %

–  –  –

Описанным выше образом была также выполнена калибровка зеркальной фотокамеры Nikon D3100 и получены данные, аналогичные таковым в приведенной выше табл. 5. По этим данным построены графики зависимости расстояний d от количества пикселей, приходящихся на базисы различной длины (рис 20), которые по своей конфигурации оказались (рис .

полностью идентичными таковым на рис. 16 .

–  –  –

Затем для каждого базиса по формуле (11) были получены следующие коэффициенты А: A = 5637,4 для базиса 3,0 м; A = 3758,9 для базиса A 2,0 м; A, = 2822,8 для базиса 1,5 м; A = 1890,3 для базиса 1,0 м и A, = 947,7 для базиса 0,5 м .

Далее с помощью формулы (10) по найденным коэффициентам А были вычислены значения величин di в точках i и сравнены с соответствующими табличными значениями. По их разности были определены относительные ошибки вычисленных значений di по отношению к истинным d и построены графики (рис. 21) .

Как следует из рис. 21, графики относительных ошибок, вычисленных по формуле (10) величин di для всех базисов в диапазоне от 3 до 30 м оказались совершенно идентичными таковым на рис. 17, но ошибки оказались примерно в 1,5 раза больше. Максимальных значений ошибки достигают при малых расстояниях от 3 до 6 метров. На расстояниях свыше 6 м ошибки остаются практически одинаковыми в пределах 1 – 2%, за исключением ошибок для базиса 0,5 м (пунктирная линия на рис. 21). В среднем относительные ошибки для базисов 1,0;1,5; 2,0 и 3,0 м составили 1,8%, а для базиса 0,5 м они равны 2,1% или 1/56 и 1/48 величины измеряемого расстояния .

Относительная ошибка, %

–  –  –

Обратим внимание, что размер одного пикселя зависит только от расстояния d и не зависит от величины базиса b. Так, например, для фотокамеры Nikon COOLPIX S9100 при расстояниях 3, 10, 20, 30 м цена деления равна соответственно 1,1; 3,4; 6,8 и 10,1 мм/пкс, а для фотокамеры Nikon D3100 для тех же самых расстояний она оказалась равной соответственно 1,7; 5,2; 10,4 и 16,3 мм/пкс, то есть в 1,5 раза больше .

Этим можно объяснить, что ошибки определения расстояний фотокамерой Nikon D3100 оказались в 1,5 раза больше таковых для фотокамеры Nikon COOLPIX S9100. Как отмечалось выше, величиной можно характеризовать точность определения разностей, поскольку в процессе измерения снимков установлено, что отсчёты Л и П по базисам можно брать с точностью до 1 пикселя .

Для контроля были выполнены контрольные измерения путём фотографирования «с руки» 3-метровой рейки с различных произвольных измеренных рулеткой расстояний 4,1; 7,6; 13,3; 15,8; 19,2; 21,9 и 26,6 м. В результате обработки снимков были найдены разности. Искомые расстояния были вычислены по формуле (10) при A= 8876,0 для базиса 3,0 м .

Расхождения между измеренными и вычисленными расстояниями составили соответственно 3,6; 0,9; 0,7; 0,3; 0,1; 0,2; 0,4%, что лишний раз подтверждает возможность эффективного использования формулы (10) на практике .

В результате проведенных исследований можно констатировать, что начиная с некоторого момента (в нашем случае 6-8 м) относительная ошибка определения расстояний остаётся практически одинаковой для каждого базиса. Причём, чем меньше базис, тем она больше. А для повышения точности результатов калибровки необходимо концы базисов обозначать марками, чётко различимыми на фотографиях. Кроме того установлено, что чем меньше цена деления пикселя, тем результаты калибровки получаются точнее .

В данной постановке процесс калибровки камеры имеет целью исключение влияния дисторсии объектива, поскольку, во-первых, изображение рейки должно всегда занимать на снимке центральное положение, а размер пикселя, определённый по изображению рейки, не применяется для других частей снимка. Кроме того, при базисе постоянной длины погрешность за счёт дисторсии объектива абсолютно одинакова при всех расстояниях от базиса до камеры. Следовательно, она не влияет на точность проводимых измерений, поэтому не требуется для предлагаемой методики калибровки использование цифровых фотограмметрических систем ERDAS, ENVI, PHOTOMOD Litе .

Выполненное знаковое моделирование и контрольные измерения доказали состоятельность предлагаемой методики калибровки цифровой фотокамеры с целью определения расстояний фотографическим способом .

При этом, для применяемой фотокамеры могут быть получены соответствующие данные как в графической, так и в аналитической форме, которые в дальнейшем могут быть использованы, например, при определении деформаций инженерных сооружений [3]. Отдельно следует подчеркнуть простоту и доступность предлагаемого фотографического способа измерения расстояний для исполнителей любой квалификации .

–  –  –

Каждую фотографию соответствующую целому количеству метров фотографию, начиная с 4 м, выводили на экран монитора и открывали файл с помощью Paint. Курсор подводили к верхним В и нижним Н концам базисов и отсчитывали количество пикселей соответствующих каждому положению курсора. Таким образом выполнялась калибровка камеры при разных базисах b, равных 2,58, 1,87 и 1,48 м. Находили разности = Н–В количества пикселей соответствующих длине каждого базиса. Результаты измерений и вычислений приведены в табл. 6. По этим данным можно определить размер одного пикселя = b/, соответствующий конкретному расстоянию d от фотокамеры до базиса базиса .

–  –  –

Проведенные исследования показали, что, как и в случае горизонтального базиса, размер одного пикселя зависит только от расстояния d и не зависит от величины базиса b. Эта зависимость может быть выражена равенством (7) и иллюстрируется графиком на рис. 23, который полностью идентичен таковому на рис. 10 .

Поэтому на практике, как и в случае горизонтального базиса, можно ограничиться тщательным определением н и к, а любой размер пикселя i может быть найден по формуле (7). В дальнейшем теоретическая величина i может использоваться, во-первых, для перевода пикселей в метрическую систему единиц и, во-вторых, для контроля правильности определения di. Для этого, определив i и di, следует по формуле (7) вычислить фактическую величину ф и сравнить с теоретическим её значением .

Размер пикселя, мм

–  –  –

На основании данных табл. 6 построены для фотокамеры Nikon COOLPIX S9100 графики зависимости расстояний d от количества пикселей, приходящихся на базисы длиной b1, b2, b3 (рис. 24) .

Эти графики полностью идентичны таковым (рис. 20), построенным по горизонтальному базису. По таким графикам, вычерченным в крупном масштабе, можно определять графически расстояния d в зависимости от количества пикселей для применяемого базиса определённой длины .

Следует отметить, что, как и в случае с горизонтальным базисом, в данной постановке процесс калибровки камеры имеет целью исключение влияния дисторсии объектива, поскольку, во-первых, изображение базиса должно всегда занимать на снимке центральное положение, а размер пикселя, определённый по изображению базиса, не применяется для других частей снимка. Действительно, если точки i и i+1 (рис. 24) дают правильные расстояния di и di+1 независимо от наличия или отсутствия дисторсии объектива, то и промежуточная точка i также зафиксирует правильное расстояние d .

Аналитический путь определения расстояния d заключается в том, что по измеренному значению, соответствующему этому расстоянию, определяют однометровый интервал (di–di+1), внутри которого располагается (см. табл. 6). Искомое расстояние находят по формулам (8) или (9) путём интерполяции между крайними значениями i и i+1 этого интервала (см. рис. 12) .

Количество пикселей, пкс

–  –  –

Другой, рассмотренный выше, аналитический путь определения расстояния до объекта съёмки по его фотографии предусматривает выбор аналитической зависимости (10) расстояния d от количества пикселей. Для этого были использованы данные ( табл. 6) для базисов b1 = 2,58, b2 = 1,87 и b3 = 1,48 м .

Подставляя в соотношение (11) данные из табл. 6 последовательно для каждого базиса при n = 27, получим для коэффициента А следующие величины: A= 7691,6 для базиса b1; A= 5367,9 для базиса b2; A=4506,3 для базиса b3. Размерность коэффициента А мпкс .

Для контроля правильности выбора коэффициентов А была выполнена проверка точности определения расстояний d от величин в диапазоне расстояний от 4 м до 30 м. Для этого с помощью формулы (10) при найденных коэффициентах А были вычислены значения величин di в точках i, заданных в табл. 6 и сравнены с соответствующими табличными значениями. По их разности были найдены относительные ошибки вычисленных значений di по отношению к табличным d и построены графики (рис. 25) .

Как следует из рис. 25, относительные ошибки вычисленных по формуле (10) величин di для базисов b1 и b2 (ряд 2 и 3) в диапазоне от 4 до 30 м находятся в пределах от +1,5 до –1,4%, а для базиса b3 (ряд 4) соответственно от +3,5 до –0,6%. В среднем относительные ошибки для базисов b1 и b2 составили 0,003% и 0,012%, в то время как для базиса b3 она оказалась равной 1,860% .

Относительная ошибка, %

–  –  –

25 306 213 176 307,7 214,7 180,3 1,7 -8,3 4,3 26 295 207 171 295,8 206,5 173,3 0,8 -7,5 2,3 27 285 199 165 284,9 198,8 166,9 -0,1 -4,2 1,9 28 274 191 157 274,7 191,7 160,9 0,7 -9,3 3,9 29 267 186 154 265,2 185,1 155,4 -1,8 -10,9 1,4 30 257 180 149 256,4 178,9 150,2 -0,6 -9,1 1,2 Характер изменения поправок в зависимости от расстояния иллюстрируется на рис. 26. График наглядно показывает, как с увеличением расстояния величина поправки уменьшается и, начиная с некоторого момента (в нашем случае примерно с 15 м), остаётся постоянной и для базиса b1 практически равной нулю .

Поправки р, пкс

–  –  –

Рис. 26. График зависимости поправок р от расстояния d Аналогичным образом могут быть построены графики, показывающие зависимость величины поправки р от количества измеренных пикселей .

По таким графикам, вычерченным в крупном масштабе, можно определять графически p в зависимости от количества пикселей для базиса определённой длины по схеме на рис. 12 с использованием формулы (8) или (9) .

В заключение отметим, что знаковое моделирование показало состоятельность предлагаемой методики калибровки цифровой фотокамеры по вертикальному базису с целью определения расстояний фотографическим способом. При этом, для применяемой фотокамеры могут быть получены соответствующие данные как в графической, так и в аналитической форме .

Причём установлено, что точность измерений существенно зависит от величины и расположения на снимке изображения базиса, которое должно находиться в центральной части снимка. Наконец, совместное использование горизонтального и вертикального базисов открывает новые возможности фотографического способа контроля, например, планово-высотного положения подкрановых рельсов и др .

Отдельно следует подчеркнуть простоту и доступность предлагаемого фотографического способа измерения расстояний для исполнителей любой квалификации .

Глава 3. ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ ОПОРНЫХ УЗЛОВ ФЕРМ НА ОГОЛОВКАХ КОЛОНН

Как правило, эта задача решается путём маркировки на уровне оголовка колонны её осевой риски и осевой риски нижнего пояса фермы с последующим прямым измерением расстояния между этими рисками с помощью линейки с миллиметровыми делениями. Такие непосредственные измерения труднодоступны даже с тормозных площадок крана, когда до оголовка колонны расстояние может превышать 2 и более метров, небезопасны, трудоёмки и малопроизводительны. Поэтому были разработаны и опробованы различные дистанционные способы, в том числе и фотографический [7] .

Он выполняется с помощью цифровых фотокамер, совместимых с персональным компьютером и позволяет получать максимум информации о положении опорного узла фермы на оголовке колонны .

Для его осуществления достаточно сфотографировать рейку (рулетку), горизонтально приложенную на удлинительной штанге к оголовку колонны (рис. 27а). По отсчётам l1, l2, l3, l4 по шкале рейки (рулетки), соответствующим положению боковых граней фермы и колонны, нетрудно определить величину и направление смещения опорного узла фермы по формуле, приведенной в работе [7]:

с = 0,5[(l2 + l3) – (l1 + l4)]. (14) Так, в нашем примере (рис. 27а) отсчёты по шкале рулетки равны l1 = 0 мм, l2 = 65 мм, l3 = 393 мм, l4 = 408 мм. Следовательно, согласно формуле (14), смещение с опорного узла данной фермы на оголовке колонны составляет + 25 мм. Знак «плюс» означает смещение опорного узла вправо, что чётко видно на фотографии .

Вообще говоря, можно ограничиться фотографией только оголовка колонны и нижнего пояса фермы (рис. 27б). Зная ширину колонны или размер опорной плиты, достаточно масштабировать снимок и все последующие измерения выполнять с помощью обычной линейки с миллиметровыми делениями или горизонтальной линейки на экране монитора .

–  –  –

Например, измерения на фотографии (рис. 27а) дали следующие результаты: l1 = 0 мм, l2 = 35 мм, l3 = 210 мм, l4 = 218 мм. Подсчитанное по формуле (14) смещение в масштабе снимка оказалось равным +13,5 мм, что при ширине колонны 408 мм составит в действительности (408:218)х13,5 = +25 мм, то есть получили то же значение с, что и по отсчётам по рулетке .

Аналогичные измерения на фотографии (рис. 27б) дали следующие результаты: l1 = 0 мм, l2 = 17 мм, l3 = 225 мм, l4 = 250 мм, ширина колонны 400 мм. Подсчитанная по формуле (14) величина смещения опорного узла фермы составила в масштабе снимка –4 мм, причем знак «минус» соответствует смещению опорного узла влево. Действительное смещение будет равно (400:250)х4= –6 мм .

Наконец, третий способ измерений фотографии заключается в использовании программ редактирования фотографических изображений Paint, ArchiCAD 11 и др., позволяющих фиксировать величину горизонтальных перемещений стрелки-курсора от некоторой начальной точки. Такой точкой, в используемой нами программе Paint, являлась точка 0 на левом краю фотографии (рис. 28) .

Подводя последовательно стрелку-курсор к точкам 1, 2, 3 и 4 сразу читают на экране монитора значения расстояний l1, l2, l3 и l4 в пикселях (рис. 29). Такие измерения можно выполнять в различных масштабах снимка (25, 50, 75, 100, 150, 200% и др.), причем масштаб снимка не влияет на величину измеряемых расстояний li. По результатам измерений вычисляют по формуле (14) значение смещения с .

–  –  –

В работе [7] приведены разработанные авторами цитируемой статьи новые способы определения смещений опорных узлов ферм на оголовках колонн: лазерно-зеркальный угломерный и фотографический С целью зеркальный, фотографический .

сравнения этих способов между собой с точки зрения их точности, произточно водительности и др. было выполнено соответствующее моделирование [8] .

В качестве модели фигурировало изображение оголовка колонны и опорного узла фермы шириной 400 мм и 200 мм соответственно. Такие размеры имеют колонны и фермы ряда производственных цехов ОАО НАЗ «Сокол»

г. Нижнего Новгорода. Средняя высота колонн Н была принята равной 10 м, а смещение с равнялось 20 мм .

Точность лазерно-зеркального способа оказалась равной 0,25 мм, угломерного с использованием теодолита 4Т30П и электронного тахеометра SET530R составила соответственно 0,28 мм и 0,24 мм .

Для исследования фотографического способа было сфотографировано цифровым фотоаппаратом изображение оголовка колонны и опорного узла фермы (рис. 28). Эта фотография была выведена на экран монитора .

Вначале обычной линейкой с миллиметровыми делениями были измерены непосредственно на экране расстояния l1 = 48,8 мм, l2 = 86,3 мм, l3 = 181,3 мм и l4 = 238,2 мм. Подсчитанная по формуле (14) величина смещения опорного узла фермы составила в масштабе снимка – 9,7 мм, причем знак «минус» соответствует смещению опорного узла влево. Действительное смещение будет равно 400:(238,2-48,8)х9,7 = – 20,5 мм .

Аналогичные измерения были произведены с помощью горизонтальной линейки на экране монитора. По полученным результатам l1 = 4,20, l2 = 6,02, l3 = 10,77 и l4 = 13,60 (в делениях линейки) было подсчитано смещение, которое в масштабе снимка составило – 0,505. Действительное смещение будет равно 400:(13,60-4,20)х0,505 = – 21,5 мм .

Наконец, третий способ измерений заключался в использовании программы Paint, позволяющей фиксировать величину горизонтальных перемещений стрелки-курсора (рис. 28, табл. 8) .

Таблица8 Определение с на фотографии по курсору при ширине колонны 400 мм М-б,% l1 l2 l3 l4 (l2+l3)/2 (l1+l4)/2 c', пкс c, мм 25 288 747 1965 2678 1356 1483 -127 -21,3 50 286 748 1966 2681 1357 1483,5 -126,5 -21,1 75 287 747 1965 2680 1356 1483,5 -127,5 -21,3 100 288 748 1966 2679 1357 1483,5 -126,5 -21,2 150 286 746 1965 2678 1355,5 1482 -126,5 -21,2 200 288 748 1966 2680 1357 1484 -127 -21,2 Подводя последовательно стрелку-курсор к точкам 1, 2, 3 и 4, читали на экране монитора значения расстояний l1, l2, l3 и l4 в пикселях. Такие измерения были выполнены в масштабах снимка 25, 50, 75, 100, 150 и 200%, причем масштаб снимка не влияет на величину измеряемых расстояний .

По результатам измерений были вычислены значения смещения с, которые оказались в пределах 20,1 – 21,3 мм, а среднее значение с = 21,2 мм отличается от истинного на 1,2 мм .

Проведенные исследования показали, что фотографический способ может с успехом применяться для определения смещений опорных узлов ферм на оголовках колонн. Он даёт практически одинаковые результаты по сравнению с обычными, отличается высокой производительностью и обеспечивает надежную безопасность работ .

Глава 4. ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ТРЕЩИНАМИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Наблюдения за трещинами предусматривают периодическую фиксацию длины и ширины трещины различными способами .

Наблюдения за раскрытием температурно-осадочных швов и трещин на вертикальных или горизонтальных поверхностях сооружений можно производить по различным схемам, одна из которых представлена на рис. 30 и может быть адаптирована к фотографическому способу. Её сущность заключается в том, что по обе стороны шва или трещины закрепляют три марки А, В и С и измеряют между ними расстояния а, в и с, а также превышения hAC и hB.

Вычисляют исходные условные координаты и отметку марки С по формулам:

–  –  –

ний в метрическую систему единиц (миллиметры) .

4.1 Способ горизонтальной базы Один из вариантов [9], названный способом горизонтальной базы, поясняется рис. 31 и заключается в следующем. По обе стороны температурно-осадочного шва или трещины закрепляют на одной горизонтальной линии три наблюдательных марки А, В и С, где отрезок АВ известной длины играет роль вспомогательной базы-эталона, а отрезок ВС – рабочая база, величину которой необходимо определять в каждом цикле наблюдений .

<

–  –  –

Для этого в каждом цикле фотографируют наблюдательные марки, выводят фотографию на экран монитора, файл открывают с помощью Paint и, подводя последовательно стрелку-курсор к точкам А, В и С, сразу читают на экране монитора значения расстояний l1, l2, l3 в пикселях. По результатам измерений вычисляют длину рабочей базы по формуле ВС = АВ(l3 – l2)/(l2 – l1), (16) где ВС – длина рабочей базы, мм; АВ – длина базы-эталона, мм; (l3 – l2)

– длина базы ВС в пикселях; (l2 – l1) – длина базы АВ в пикселях .

Сравнивая между собой длины рабочей базы в разных циклах наблюдений, судят об изменениях ширины d шва или трещины за период времени между этими циклами .

Отметим, что измерения расстояний l1, l2, l3 можно выполнять при различных увеличениях снимка (от 25% и менее до 200% и более). При этом размер снимка не влияет на величину измеряемых расстояний li и значения вычисляемой по формуле (16) длины рабочей базы. Это подтверждается результатами моделирования способа горизонтальной базы при произвольно принятых значениях АВ = 280 мм, ВС = 119 мм, которые представлены в табл. 9 .

–  –  –

Как видно из табл. 9 полученные значения рабочей базы при обработке одной фотографии разных размеров находятся в пределах 118,8 – 119,3 мм и в среднем составляют 119,1 мм, отличаясь от истинного значения всего на 0,1 мм. При обработке фотографий, выполненных с разных точек, получаем практически одинаковые результаты 118,7 – 119,2 мм .

Средний результат 119,0 мм равен истинному значению ВС. На основании этого можно сделать вывод, что фотографирование точек А, В и С не обязательно выполнять со строго определенной точки, а в обработке могут участвовать снимки любого удобного размера .

4.2 Способ вертикальной базы

Другой вариант [9], названный способом вертикальной базы, поясняется рис. 32. Его сущность заключается в том, что по обе стороны шва или трещины закрепляют три наблюдательных марки А, В и С. При этом отрезок АВ располагают вертикально, а точку С закрепляют так, чтобы треугольник АВС был равносторонним или близким к нему, хотя это условие и не имеет решающего значения .

–  –  –

Измеряют в мм стороны треугольника a, b, c и вычисляют в принятой прямоугольной условной системе xAy исходные координаты точки С по формулам (15) .

Затем в каждом цикле фотографируют наблюдательные марки А, В и С, выводят фотографию на экран монитора, открывают файл с помощью Paint и измеряют расстояния a, b, c в пикселях. Снимок масштабируют по эталону АВ, переводя результаты измерений в метрическую систему единиц (миллиметры) и вычисляют по формулам (15) координаты точки С .

Сравнивая эти координаты с первоначальным их значением, судят о горизонтальных и вертикальных смещениях марки С и об изменениях ширины d шва или трещины за период времени между этими циклами .

Одним из достоинств представленной на рис. 32 схемы измерений является то, что даже при отклонении на снимке оси x от вертикали в любом цикле наблюдений, будут получены координаты марки С в той же прямоугольной системе xAy, что и в первоначальном цикле, то есть всегда будем получать во всех циклах соизмеримые между собой величины. Вовторых, фотографирование в каждом цикле наблюдений можно производить примерно с одного и того же места, а не со строго фиксированной точки .

Точность способа вертикального базы зависит, во-первых, от точности определения эталона АВ (рис. 32). Так, например, при a = 39 мм, b = 53 мм, c = 42 мм, координаты точки С будут равны Xc = 36,3 мм, Уc = 38,6 мм. Предположим, что длина c определена с ошибкой 2 мм (c = 44 мм), то в этом случае Xc = 36,6 мм, Уc = 38,3 мм, то есть отличаются от истинного значения на 0,3 мм .

Предположим, что при a = 390 мм, b = 530 мм, c = 420 мм, координаты точки С равны Xc = 363,3 мм, Уc = 385,9 мм. Если длина c будет определена с ошибкой 2 мм (c = 422 мм), то Xc = 363,6 мм, Уc = 385,6 мм, то есть отличаются от истинного значения на те же 0,3 мм .

В общем виде точность способа вертикальной базы (точность определения координат точки С ) зависит от точности измерения сторон треугольника a, b, c. Найдём среднюю квадратическую ошибку mx координаты Xс точки С, используя формулу (15), в которой a и b являются независимыми переменными, а c – постоянная величина – эталон.

Согласно известного из теории ошибок выражения для ошибки функции общего вида имеем:

f 2 f 2

–  –  –

Если треугольник АВС равносторонний, то в этом случае Xc = bsin30° = b/2 и формула (21) примет вид, аналогичный формуле (19) .

Если в треугольнике АВС произвольной формы сторона АС расположена под углом 45° к оси y, то Xc = bsin45° = b и формула (21) примет вид: my = 2m. Если сторона АС расположена под углом 60° к оси y, то и формула (21) примет вид: my = m 2. Как видим, наXc = bsin60° = b блюдается тенденция к уменьшению ошибки my с уменьшением угла между стороной АС и осью y. Наименьшего значения my = m эта ошибка достигает при угле равном 0°, то есть при Xc = 0 мм .

Следует сказать, что приведенными примерами не исчерпываются возможности фотографического способа наблюдений за трещинами. Так, например, программы ArchiCAD 11, 12 и др. позволяют формировать на снимке любую систему прямоугольных координат, определять в этой системе координаты любой точки, измерять наклонные длины сторон и углы их наклона и др. Всё это может служить основой для разработки других фотографических способов наблюдений за трещинами .

Что касается ошибки mx, то здесь имеет место обратная тенденция к её уменьшению с увеличением угла между стороной АС и осью y. Таким образом, оптимальной формой, обеспечивающей равноточное определение координат точки С с ошибкой, вычисляемой по формуле (19), является равносторонний треугольник АВС .

Глава 5. ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА СООРУЖЕНИЙ КРУГЛОЙ ФОРМЫ

Необходимость определения радиусов может возникнуть при обмерах сооружений, имеющих форму тела вращения: дымовые и вентиляционные трубы, градирни, ректификационные колонны, грануляционные башни, копры над стволами шахт, водонапорные башни, радиотелевизионные антенные опоры, силосные башни, колонны зданий, различные резервуары, купола исторических памятников и др. Кроме того, радиус необходим для определения координат центра сооружения .

В работах [10, 11, 12, 13] рассматривается несколько вариантов фотографического способа определения радиуса сооружений круглой формы .

5.1 Первый вариант фотографирования из одной точки

В общем виде математическая постановка задачи по определению радиуса R поперечного сечения сооружения фотографическим способом поясняется рис. 33 и заключается в следующем: на поперечном сечении сооружения имеются три точки, одна из которых 3 находится на линии Ф1О, а две другие точки 1 и 2 лежат на касательных, проведенных к окружности из некоторой точки Ф1. Величины расстояний Ф1-3 = d, О1-2 = (1-2)/2 = h, Ф1-2 = l. Требуется определить радиус сечения R .

.

–  –  –

Ф1 Ф2 Рис. 33. Схема к определению радиуса сооружения фотографическим способом Способ, описанный в работах [10, 11], предусматривает фотографирование сооружения с приложенной к нему нивелирной рейкой из точки Ф1 (рис. 33). Рейка в дальнейшем служит для масштабирования снимка с целью получения результатов измерений на нём в метрической системе .

Следует сказать, что изображение на снимке воображаемой хорды 1-2 не соответствует диаметру 2R поперечного сечения сооружения а всесооружения, гда меньше его. Поэтому в результаты измерений на снимке величины этой хорды необходимо вводить соответствующую поправку .

поправку Из подобия треугольников ОФ12 и О1Ф12 имеем R/ 1-О = h/l, отФ сюда выразим l = Ф1-О Оh/R. Примем Ф1-О = nR (где n – число укладываний радиуса в расстоянии Ф1-О ), тогда l = nh. Из треугольника ОФ12 найдём R2 = (nR)2 – l2 и после соответствующих преобразований получим формулу h R=. (22) n В этой формуле единица делённая на корень квадратный представляет поправочный коэффициент к измеренной на снимке (с использованием программы редактирования фотографических изображений) величине h .

Для значений n, равных 1,5; 2; 4; 6; 8; 10; 15 и 20 были подсчитаны эти коэффициенты, которые оказались равными соответственно 1,342; 1,155;

1,033; 1,014; 1,008; 1,005; 1,002; 1,001 .

Анализ формулы (22) с позиций «Теории ошибок» позволяет констатировать, что точность определения радиуса сооружения предлагаемым способом в основном зависит от точности измерения на снимке величины хорды 1-2, поскольку поправочный коэффициент даже при n = 2 составляет всего 1,155 и с увеличением n стремится к единице. В то же время увеличение расстояния фотографирования может отрицательно сказаться на точности измерения хорды 1-2. Поэтому, в каждом конкретном случае следует выбирать оптимальное соотношение между расстоянием фотографирования и погрешностью измерения снимка, обеспечивающее заданную точность определения радиуса сооружения .

Если поправочный коэффициент разложить в степенной ряд Тейлора и ограничиться одним слагаемым этого ряда, то можно получить приближенную формулу R h(1 + 2 ). (23) 2n

–  –  –

из формулы (24), точность определения поправки р зависит только от точности n, то есть от точности определения расстояния Ф1-О от фотокамеры до оси сооружения .

5.2 Вариант фотографирования с двух точек Недостатком рассмотренного способа является необходимость знания числа укладываний радиуса R в расстоянии Ф1-О и довольно сложный переход от метрической величины поправки р к пикселям. Избежать этого можно, если определить положение точки касания, например, 2 с помощью специального устройства, разработанного на кафедре инженерной геодезии ННГАСУ. Затем, расположив рейку вдоль хорды 1-2, фотографируют её из точки Ф2. Измерив на первом снимке количество пикселей, приходящихся на хорду 1-2, а на втором снимке количество пикселей, приходящихся на длину рейки, можно непосредственно определить О1-2 = h в метрической системе единиц. В этом случае, в отличие от приведенных выше формул, радиус R можно вычислить по значениям только d и h .

Действительно, из подобия треугольников Ф1О2 и Ф1О12 = ( + ). Возведём полует:.

Отсюда имеем:

= ( + ) ( ) и, раскрыв скобки, ченное выражение в квадрат

–  –  –

= +, (28) и вычислим некоторую вспомогательную величину

–  –  –

Данные табл. 10 свидетельствуют, что пользоваться формулами (26) – (31) можно, когда величина d не превышает трёх R. В противном случае величина D будет отрицательной, в то время как в формулах (30) и (31) из неё необходимо извлекать корень квадратный .

5.3 Второй вариант фотографирования из одной точки К недостаткам рассмотренного выше способа следует отнести необходимость определения точек касания 1 и (или) 2 и выполнение фотографирования с двух точек Ф1 и Ф2 (рис. 33) .

Для исключения этих недостатков можно ограничиться измерением расстояния d и фотографированием сооружения только из одной точки Ф1 (рис. 34) .

Теперь, если определить отрезок ЛП в метрической системе, то можно вычислить угол :

= arctg [(ЛП)/2d], (32) а по значениям d и найти радиус R наблюдаемого сечения [11]:

–  –  –

Решение поставленной задачи заключается в определении на фотографии количества пикселей, приходящихся на длину рейки и количества пикселей приходящихся на отрезок 1-2 (рис. 34). Умножив величину 1-2 в пикселях на отношение длины рейки в метрах на длину рейки в пикселях, получают приблизительное значение ЛП в метрах .

П П

–  –  –

Из этих графиков видно, что начиная с n = 5 и более, ошибка mR определения радиуса остаётся практически одной и той же независимо от расстояния d .

–  –  –

Фотографирование выполнялось с помощью аппарата Nikon D3100 .

Полученные снимки выводились на экран монитора и с помощью программы АrchiCAD 18 выполнялся подсчёт количества пикселей, приходящихся на длину рейки и количество пикселей приходящихся на отрезок 1-2. Результаты измерений и вычислений представлены в табл. 12 .

Полученные в результате измерений данные подтверждают возможность использования рассматриваемой методики для фотографического способа определения радиуса сооружения круглой формы .

5.4 Третий вариант фотографирования из одной точки

Следует отметить, что одним из путей дальнейшего развития фотографического способа может являться калибровка цифровой камеры с целью определения расстояния d непосредственно по количеству пикселей, соответствующих длине базиса, например, нивелирной рейки приложенной к исследуемому сооружению .

Третий вариант поясняется рис. 38 и заключается в измерении двух расстояний d1 и d2 путём фотографирования базисов только из одной точки Ф1 .

–  –  –

Вообще говоря, расстояние l можно определить по фотографии рейки, расположенной вертикально в точке касания 2, для чего необходимо предварительно выполнить соответствующую калибровку фотокамеры .

Причём ошибка l в основном будет зависеть от точности определения положения точки касания 2, которое может быть определено с помощью действующего макета устройства проф. Шеховцова Г. А .

Наконец, если по изложенной выше методике определить h, то в таком способе радиус может быть вычислен по формуле

–  –  –

По информативности все методы геодезического контроля надземных подкрановых путей мостовых кранов подразделяются на три группы: методы крнтроля планового положения путей; методы контроля путей по высоте; методы комплексного (одновременного) контроля путей в плане и по высоте .

В соответствии с этим для геодезического контроля пространственного положения подкрановых путей могут применяться различные способы определения их геометрических параметров. Одними из основных недостатков существующих способов является необходимость выхода исполнителей на подкрановый путь и многократное задействование мостового крана .

Применение любительских цифровых неметрических камер в сочетании с компьютерной техникой и программ редактирования фотографических изображений может кардинально изменить технологию такого контроля.

В частности, можно совместить три операции:

определение ширины колеи и прямолинейности подкрановых рельсов, а также нивелирование подкранового пути. При этом предусматривается одновременное использование двух базисов: горизонтального и вертикального .

В данной главе предлагается методика совмещения операций масштабирования снимков и определения расстояния до исследуемого объекта путём выполнения калибровки цифровой фотокамеры одновременно по горизонтальному и вертикальному базисам. Описаны теоретические основы использования цифровых камер с целью определения ширины колеи, прямолинейности подкрановых рельсов и нивелирования подкранового пути [14] .

6.1 Калибровка цифровой камеры по горизонтальному и вертикальному базисам Измерения выполнялись цифровой камерой Nikon S9100. В качестве базисов использовались две нивелирные 1,5 – метровые рейки, скреплённые между собой в центральной их части в виде креста (рис. 39). Фотокамера была установлена на высоте равной половине рейки и ориентирована так, чтобы крест занимал на снимке центральное положение. При неподвижном положении фотокамеры фотографировали базисы, отстоящие от неё на расстояниях d = 30, 29, 28,…, 5, 4, 3 м .

Каждую фотографию выводили на экран монитора и открывали файлы с помощью Paint. Курсор подводили к левому Л, правому П и верхнему В, нижнему Н концам реек и отсчитывали количества пикселей, соответствующих каждому положению курсора. Находили разности количества пикселей соответствующих длине b горизонтальной и вертикальной рейки Г = П – Л и В = В – Н. По этим данным определяли размер одного пикселя = b/ соответствующий конкретному расстоянию d от фотокамеры до базисов .

Было установлено равенство Г = В (табл. 13), что также иллюстрируется графиками на (рис. 40), слившимися в одну кривую для обоих базисов. По этим графикам, вычерченным в крупном масштабе, можно определять графически расстояния d в зависимости от количества пикселей по методике, изложенной в разделах 2.1 и 2.2 (рис. 11, 24) .

Используя приведенные выше аналитические зависимости (10, 11) расстояния d от количества пикселей и значения Г и В, получили практически одинаковые величины АГ = 5747,624 мпкс для горизонталь

–  –  –

Количество пикселей, Была выполнена проверка точности определения расстояний d от величин в диапазоне расстояний от 3 м до 30 м. Для этого с помощью формулы (10) были вычислены значения величин di в точках i и сравнены с фактическими значениями. По их разности были найдены относительные ошибки вычисленных значений di по отношению к фактическим d и построены графики (рис. 41) .

Относительная ошибка, %

–  –  –

Как следует из рис. 41, относительные ошибки величин di для обоих базисов в диапазоне от 3 до 30 м находятся в пределах от –2,5 до +0,6% .

Максимальных значений они достигают при малых расстояниях от 3 до 6 метров. На расстояниях свыше 6 м ошибки остаются практически одинаковыми в пределах от –0,5 до +0,6%, что, вообще говоря, при описанной методике калибровки соответствует точности нитяного дальномера геодезического прибора .

Для повышения точности определения расстояний предлагается использовать приведенную в разделах 2.1 и 2.2 методику введения в результаты измерений соответствующих поправок. Для этого по формуле (10) находим = A/d количество пикселей, соответствующих расстояниям 3,4,5,…,29,30 м (графы 3, 6 табл. 13) .

Т а б л и ц а 13 Поправки в результаты измерений

–  –  –

10 577,5 574,8 -2,74 578 575,6 -2,39 11 524,5 522,5 -1,99 525,5 523,3 -2,21 12 480 479,0 -1,03 480 479,7 -0,32 13 443,5 442,1 -1,38 443 442,8 -0,22 14 411,5 410,5 -0,96 412,5 411,2 -1,35 15 383 383,2 0,17 384,5 383,7 -0,76 16 360 359,2 -0,77 360,5 359,8 -0,74 17 338,5 338,1 -0,4 338 338,6 0,6 18 320 319,3 -0,69 320 319,8 -0,21 19 304 302,5 -1,49 304 303,0 -1,05 20 288,5 287,4 -1,12 289 287,8 -1,19 21 274 273,7 -0,3 275 274,1 -0,9 22 261,5 261,3 -0,24 262 261,6 -0,36 23 249,5 249,9 0,4 249,5 250,3 0,77 24 240 239,5 -0,52 241,5 239,8 -1,66 25 231 229,9 -1,1 230 230,2 0,25 26 221 221,1 0,06 221 221,4 0,39 27 212,5 212,9 0,37 212 213,2 1,19 28 206 205,3 -0,73 205,5 205,6 0,08 29 197 198,2 1,19 198 198,5 0,49 30 190,5 191,6 1,09 191,5 191,9 0,37 Разности p = – (графы 4, 7) являются поправками в измеренные значения пикселей (графы 2, 5), характер изменения которых в зависимости от расстояния иллюстрируется на рис. 42. График наглядно показывает, как с увеличением расстояния величина поправки уменьшается и, начиная с некоторого момента (в нашем случае примерно с 8 м), остаётся постоянной и практически равной нулю .

Поправки р, пкс

-10

–  –  –

Аналитический путь определения поправки p заключается в том, что по измеренному значению определяют однометровый интервал с количеством пикселей i и i+1, внутри которого располагается (см. табл. 13). Искомую поправку находят путём интерполяции между крайними значениями i и i+1 этого интервала по формуле (12) и вычисляют искомое расстояние по формуле (13) .

Было установлено, что размер одного пикселя одинаков для горизонтального и вертикального базиса и зависит только от расстояния d, что наглядно иллюстрируется графиками на рис. 43 и может быть выражена равенством (7) .

Размер пикселя, мм

–  –  –

Графики на рис. 43 иллюстрируют прямолинейную зависимость размера пикселя от расстояния. Поэтому, как было показано в разделах 2.1 и 2.2, на практике можно ограничиться тщательным определением 3 и 30, а любой размер пикселя i может быть найден по формуле (7). В дальнейшем теоретический размер пикселя i можно использовать для перевода пикселей в метрическую систему единиц, для контроля правильности определения di и характеристики точности определения .

6.2 Фотографический способ нивелирования

Результаты измерений вертикального базиса bв можно использовать для фотографического способа нивелирования (рис. 44). Так, установив фотокамеру в начальной точке О линии на высоте равной bВ/2, фотографируют установленный в конечной точке К этой линии вертикальный базис так, чтобы его изображение располагалось в центральной части снимка .

Затем, при неподвижном положении фотокамеры фотографируют базис, устанавливаемый последовательно в точках L, M,… этой линии .

Каждую фотографию выводят на экран монитора и, подводя курсор к верхнему и нижнему концам базиса, отсчитывают количество пикселей ВК,L,M… и НК,L,M…, соответствующих каждому положению курсора .

–  –  –

Рис. 44. Схема фотографического способа нивелирования Находят количество пикселей соответствующих длине базиса К,L,M…= НК,L,M…– ВК,L,M… и определяют, во-первых, размер одного пикселя К,L,M…= bв/К,L,M… соответствующий конкретному расстоянию d от фотокамеры до вертикальной рейки. Во-вторых, находят СК = (ВК +НК)/2 и определяют расстояния dK, dL, dM,… Из схемы на рис. 44 видно, что hL= НL – СL.

В свою очередь из подобия треугольников с основаниями СК и СL вытекает равенство СL = dLСК/dK, поэтому превышение hL точки L над линией КО можно найти как разность bВ/2 – hL или, выражая количество пикселей в метрической системе единиц, получим:

–  –  –

и так для всех нивелируемых точек .

По схеме приведенной на рис. 44 было выполнено фотографическое нивелирование линии в диапазоне 3-30 м, результаты которого были сравнены с результатами геометрического нивелирования с помощью нивелира 2Н-3Л (рис. 45) .

Превышения h, мм

–  –  –

Расхождения оказались в пределах от -9,5 до +7,0 мм. Это можно объяснить тем, что каждую фотографию выводили на экран монитора и открывают файлы с помощью Paint, без обработки снимков в специальном программном обеспечении Camera Raw и PhotoMod Lite .

С целью определения возможности использования и предварительной оценки точности была опробована другая методика фотографического способа нивелирования и выполнено соответствующее моделирование. В качестве модели выступали две параллельные полосы в коридоре третьего этажа 5 корпуса ННГАСУ. На левой (рис. 46 а) и правой (рис. 46б) линиях были закреплены по 9 точек через 5- метровый интервал .

Методика моделирования заключалась в следующем [15]. Фотоаппарат центрировали в начальной точке линии (станция 1). Определяли «высоту инструмента» от точки стояния до центра объектива. Устанавливали в конце линии (станция n) вертикально нивелирную рейку, ориентировали оптическую ось фотоаппарата на отсчёт по рейке, равный «высоте инструмента» и фотографировали рейку .

Такое фотографирование при неизменном положении фотокамеры осуществляли, устанавливая последовательно рейку в заданных точках съёмки. Фотографирование выполнялось с помощью аппарата Canon PowerShot S2 IS. Полученные снимки обрабатывались на персональном компьютере с использованием программы Paint.NET .

Для перехода от значений в пикселях к метрической системе единиц необходимо произвести масштабирование каждого снимка следующим образом .

–  –  –

С помощью пункта меню Вид устанавливается режим Пиксели. На окне инструментов выбирается инструмент Выбор прямоугольной области. Левой кнопкой мыши выделяется часть нивелирной рейки с известным отсчётом (рис. 47).

В строке состояния отобразится размер выделенной области (например: 53 * 393, что соответствует 53 пикселям по горинапример:

зонтали, 393 пикселям по вертикали). Чтобы определить масштаб необмасштаб, ходимо отсчёт по нивелирной рейке разделить на количество пикселей .

–  –  –

Методика осуществления фотографического способа нивелирования предусматривает закрепление вертикального базиса на снимке последней станции. Для этого на фотографии последней станции находим отсчёт, на который производилось ориентирование (рис. 48а). Выбираем инструмент Линия и проводим прямую (базис) на этом отсчёте, который в нашем случае был равен 750 мм (рис 48б) .

–  –  –

Затем производится последовательное наложение фотографий станций (n-1), (n-2) и т. д. на фотографию станции n. Наложение фотографий осуществляется следующим образом. В строке меню Слои необходимо выбрать пункт Импорт из файла (рис. 49а) и открыть требуемую фотографию. Затем в строке меню Слои, выбрав пункт Свойства слоя (рис .

49а), установить в открывшемся окне (рис. 49б) режим Нормальный проНормальный, зрачность слоя в интервале 100 – 130. В итоге на экране отобразятся обе фотографии .

–  –  –

необходимо прибавить к отсчёту ориентирования, если базис выше его, или вычесть В из отсчё ориентирования, если базис ниже этого отсчёта .

ёта Полученные таким образом данные заносят в таблицу производят таблицу, перевод полученных измерений в метрическую систему единиц и вычисляют превышения между нивелируемыми точками .

–  –  –

С целью контроля было произведено нивелирование этих точек с помощью нивелира 2Н-3Л. Для этого нивелир устанавливали в точке 1, измеряли «высоту инструмента» и наводили среднюю нить сетки на отсчёт по рейке, установленной в точке n, равный «высоте инструмента». Затем, при неизменном положении визирной оси нивелира, брали отсчёты по рейке, устанавливаемой последовательно в точках (n-1), (n-2) и т. д. Полученные данные представлены в табл. 16 и 17 и отражены на графиках (рис. 51 и 52) .

Нивелир Превышение, мм

–  –  –

Анализ данных табл. 16 и 17 и графиков (рис. 51 и 52) показывает хорошую сходимость результатов фотографического и геометрического способов нивелирования .

–  –  –

Результаты измерений горизонтального базиса bГ могут быть использованы для фотографического способа определения прямолинейности (рис. 53). Для этого устанавливают фотокамеру в начальной точке О линии. В конечной точке К этой линии помещают горизонтальный базис так, чтобы его середина располагалась над этой точкой. Ориентируют фотокамеру, располагая изображение базиса в центре снимка и фотографируют базис. Затем, при неподвижном положении фотокамеры, фотографируют базис, устанавливаемый последовательно в точках L, M,… этой линии .

Каждую фотографию выводят на экран монитора и, подводя курсор к левому и правому концам базиса, отсчитывают количество пикселей ЛК,L,M… и ПК,L,M…, соответствующих каждому положению курсора .

Находят количество пикселей соответствующих длине базиса К,L,M…= ПК,L,M…– ЛК,L,M…. По этим данным определяют, во-первых, размер одного пикселя К,L,M…= bг/К,L,M… соответствующий конкретному расстоянию d от фотокамеры до рейки. Во-вторых, вычисляют СК = БК = (ПК +ЛК)/2, БL = (ПL +ЛL)/2, БМ = (ПМ +ЛМ)/2,… и определяют расстояния dK, dL, dM,… Из схемы на рис. 53 видно, что из подобия треугольников с основаниями СК и СL вытекает равенство СL = dLСК/dK, поэтому отклонение

lL точки L от линии КО можно найти как разность lL= БL – СL. или, выражая количество пикселей в метрической системе единиц, получим:

lL = L(ПL +ЛL)/2 – КdL(ПК +ЛК)/2dK. (40)

–  –  –

Рис. 53. Схема фотографического способа определения прямолинейности Аналогичным образом можно вычислить отклонение lМ точки М от линии КО, которое в соответствии с рис.

53 будет иметь знак минус:

–  –  –

и так для всех контролируемых точек .

Для имитации фотографического способа был выполнен контроль прямолинейности одной из полос в коридоре 5 корпуса ННГАСУ. Для этого фотокамера центрировалась над полосой в её начале. Оптическая ось камеры ориентировалась вдоль этой полосы и последовательно при неподвижном положении фотокамеры фотографировали рейку через 5метровый интервал, однообразно прикладываемую перпендикулярно к полосе. Затем на каждом снимке определяли количество пикселей, приходящихся на длину 1,5-метрового базиса и брали отсчёт, соответствующий положению курсора в центре полосы. Величина используется для определения расстояния и размера одного пикселя, с помощью которой отсчёты переводили в метрическую систему единиц и находили разность каждого отсчёта с конечным отсчётом (на 45 м). Эти разности, характеризующие отклонение линии от прямой в мм, составили соответственно: 0 на 45 м; 2 на 40 м; 4 на 35 м; 3,2 на 30 м; 2 на 25 м; 1,1 на 20 м; 1,5 на 15 м; 1,2 на 10 м и 0,7 на 5 м. Результаты измерений и обработки снимков в программе Adobe Photoshop CS6 иллюстрируются графиком на рис. 54 .

Отклонения, мм

–  –  –

Результаты проведенного здесь и ранее моделирования подтвердили возможность использования фотографического способа контроля планововысотного положения путей мостового крана. Установлено, что точность измерений в значительной степени зависит от качества снимков. Значительно повысить точность получаемых результатов возможно путём использования снимков более высокого разрешения, для чего необходимо использовать фотоаппараты с более высоким разрешением матрицы .

6.4 Фотографический способ определения ширины колеи

Если ширина колеи небольшая, то сущность предлагаемого фотографического способа её определения поясняется рис. 55 и заключается в следующем. Устанавливают, например, на неработающем кране фотокамеру, а на работающем кране закрепляют две марки 1 и 2, расстояние между которыми является базисом, длину которого S измеряют .

–  –  –

Рис. 55. Схема фотографического способа определения ширины колеи мостового крана Перемещают кран, пока он не расположится в створе двух колонн в пролёте. В этом же створе устанавливают на рельсы две марки 3 и 4 и фотографируют все четыре марки. Базис в дальнейшем служит для масштабирования снимка с целью получения результатов измерения на нём в метрической системе .

–  –  –

По значениям dист и количеству пикселей для базиса 1,5 м (графы 2 и 5) были подсчитаны коэффициенты Аi = diхi и найдено их среднее значение равное 8476,1 мхпкс. По формуле (10) были вычислены расстояния dизм (графа 9), отклонение которых от истинного значения составили от –4 до + 4 см, что позволяет наряду со строгим способом определения коэффициента А по формуле (11) равного 8478,1 мхпкс рекомендовать его упрощенный вариант .

Считаем перспективным совмещение рассмотренных выше операций по определению ширины колеи и прямолинейности подкрановых рельсов, а также нивелирование подкранового пути. Сущность такого совмещения поясняется рис. 57 и заключается в следующем. На работающем кране закрепляют две марки 1 и 2, расстояние между которыми S измеряют. На кране имеются два вертикальных и два горизонтальных базиса известной длины bв и bг, скреплённые попарно между собой под прямым углом. Кран перемещают в конец цеха, пока он не расположится в створе двух колонн в пролёте. В этом же створе устанавливают на рельсы два вертикальных (со скреплёнными с ними горизонтальными) базиса .

В начале кранового пути центрируют над левым и правым рельсами две фотокамеры и измеряют их «высоту инструмента» над головкой рельса. Ориентируют оптическую ось каждой фотокамеры вдоль рельса, направляя её на «высоту инструмента» на вертикальном базисе. Фотографи

–  –  –

Рис. 57. Мостовой кран с марками 1, 2 и горизонтальными и вертикальными базисами Полученные снимки выводят на экран монитора и с помощью одной из программ редактирования фотографических изображений выполняют подсчёт количества пикселей в и г, приходящихся, во-первых на длину первых, вертикальных и горизонтальных базисов. Во-вторых, определяют количество пикселей Л и П между вертикальными базисами и марками 1 и 2 и берут отсчёт, соответствующий положению курсора в центре рельса рельса .

Величины г используют для определения размера одного пикселя г = bг/г, с помощью которой отсчёты на центр рельса переводят в метрическую систему единиц и находят разность каждого отсчёта с начальным отсчётом. Эти разности, характеризуют отклонение оси рельса от прямой .

Количество пикселе г или в можно использовать для различных пикселей целей, в том числе и для определения расстояний от фотокамеры до базисов, по методикам, изложенной в разделах 2.1, 2.2 и 6.1 .

Для определения ширины L колеи необходимо количество пикселей Л и П перевести в метрическую систему Л = гЛ и П = гП тогда ширина П, колеи будет равна:

–  –  –

Проведенное знаковое моделирование и контрольные измерения доказали состоятельность предлагаемого фотографического способа контроля планово-высотного положения путей мостовых кранов .

Глава 7. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЗДАНИЙ

И СООРУЖЕНИЙ БАШЕННОГО ТИПА

К сооружениям башенного типа относятся: трубы дымовые и вентиляционные, градирни, ректификационные колонны, грануляционные башни, силосные башни, радиотелевизионные антенные опоры, копры над стволами шахт, водонапорные башни, и др. Контроль пространственного положения таких сооружений предусматривает определение абсолютной величины крена и его направления, приращение крена и изменение его направления, скручивание сооружения и др .

Анализ научно-технической литературы позволил установить, что существует большое количество способов определения крена высоких сооружений башенного типа: нивелирование осадочных марок; вертикальное проектирование; способы горизонтальных углов, произвольных направлений или магнитных азимутов, прямоугольных координат (засечек) .

Из других, менее известных способов определения крена, можно отметить способ малых углов, способ горизонтальных и вертикальных углов, способ фоторегистрации, различные способы использования приборов вертикального проектирования. Известны предложения по использованию наклономеров, микронивелиров, маятниковых кренометров, систем видеоизмерения, телевидения, GPS-приемников и электронных тахеометров .

Причём номенклатура способов имеет постоянную тенденцию к своему пополнению. Из всех известных обобщений способов определения крена сооружений башенного типа их наиболее полный перечень существующих и описание новых способов приведены в работе [3] .

Практически всем известным способам определения крена высоких зданий и сооружений присущи недостатки, связанные с их зависимостью от застроенности территории, что затрудняет выбор точек стояния применяемого прибора для производства наблюдений в двух или более направлениях. Исключить этот недостаток можно, применяя так называемые «перспективные» способы, среди которых выгодно выделяется фотографический способ с использованием любительских цифровых фотокамер .

Наличие таких камер, совместимых с персональным компьютером, и программ редактирования фотографических изображений позволило разработать различные варианты фотографического способа контроля вертикальности зданий и сооружений башенного типа .

7.1 Теоретические основы фотографического способа определения крена сооружений башенного типа Для определения крена достаточно сфотографировать сооружение и вывести его изображение на экран монитора ПК. При этом на снимке должна присутствовать вертикальная референтная линия и обеспечена возможность масштабирования снимка для получения результатов измерений в метрической системе единиц .

В главе 1 рассмотрены различные способы формирования референтных прямых. Наиболее просто использовать в качестве вертикальной референтной прямой нить шнурового отвеса, расположенного на некотором расстоянии перед объективом фотокамеры. Этот отвес фотографируют на фоне исследуемого объекта, причем отвес в общем случае может занимать произвольное положение относительно оси трубы, возможные варианты которого показаны на (рис. 58) .

Выводят фотографию трубы на экран монитора и открывают файл, например, с помощью Paint. Подводят курсор последовательно к левому краю, отвесу и правому краю трубы на уровне её верхнего и нижнего сечений и берут отсчёты Л, О и П, соответствующие каждому положению курсора .

–  –  –

Рис. 58. Схемы к определению крена трубы Определяют в пикселях (пкс) расстояния ЛВ, ПВ и ЛН, ПН от отвеса до верхних и нижних краёв трубы как разность отсчётов по курсору О–Л и О–П. При расположении отвеса внутри контура трубы (рис. 58) все ЛВ и ЛН будут положительными, а ПВ и ПН отрицательными. Вычисляют в пикселях расстояния от отвеса до оси трубы поверху В = – (ЛВ + ПВ)/2 и понизу Н = – (ЛН + ПН)/2, причём в этих выражениях необходимо учитывать знаки ЛВ, ПВ и ЛН, ПН .

Крен трубы К в пикселях будет равен разности В и Н (с учётом их знака), а его знак будет означать направление крена вправо (рис. 58а, б) или влево (рис. 58в, г).

В метрической системе единиц крен будет равен:

) .

К = ВВ –НН, (44) где В и Н – размер одного пикселя соответственно для верхнего и нижнего сечения трубы, мм/пкс мм/пкс .

С целью определения степени влияния местоположения отвеса на снимке относительно оси сооружения на точность определения его крена было выполнено фотографирование дымовой трубы высотой 30 м и радиуотографирование сами: поверху 1,3 м, понизу 2,0 м (рис. 59) [21] .

О 1 П Л

–  –  –

Труба фотографировалась при неподвижном положении фотокамеры при различных вариантах расположения нити шнурового отвеса относительно оси трубы: по центру верхнего сечения (вариант 1), слева (варианты 2, 3, 4) и справа (варианты 5, 6, 7) от неё (рис. 59, 60) .

варианты Измерения выполнялись цифровой камерой Nikon S9100 так, чтобы изображение трубы располагалось в центральной части снимка. Положение отвеса в первом варианте в центральной части снимка (рис. 59) исключало влияние подушечной или бочкообразной дисперсии на результаты измерений .

Обработка снимка каждого варианта заключалась в следующем .

Подводили курсор к левому краю, отвесу и правому краю трубы на уровне её верхнего и нижнего сечений и брали отсчёты в пикселях Л, О и П, соответствующие каждому положению курсора ( табл. 19, графы 2…7) .

Т а б л и ц а 19 Результаты обработки снимков

–  –  –

Находили расстояния ЛВ, ПВ и ЛН, ПН (графы 8…11) от отвеса до верхних и нижних краёв трубы как разности соответствующих отсчётов О и отсчётов Л и П. Эти разности для первого варианта оказались по модулю практически одинаковыми, что свидетельствует о почти симметричном расположении отвеса относительно верхнего сечения трубы. Отклонение от симметрии составило всего (205+240)/2 – 222 = 0,5 пкс .

Вычисляли расстояния от отвеса до оси трубы поверху В и понизу Н и находили крен трубы К в пикселях (графа 12) .

По данным табл. 19 построены графики, характеризующие ошибки крена S2…S7 в зависимости от местоположения отвеса относительно оси трубы .

Анализ табличных данных и графиков на рис. 61 позволяет констатировать, что местоположение отвеса относительно оси трубы оказывает большое влияние на точность определения её крена, особенно если отвес располагается в непосредственной близости от объектива фотокамеры .

Причём, одинаковые расположения нити шнурового отвеса слева или справа относительно оси трубы вызывают практически одинаковые ошибки крена по модулю и разные по знаку относительно этой оси .

Обратим внимание, что если изображение отвеса на снимке не располагается по центру верхнего сечения трубы, то её крен определяется по формуле (44) и ошибка определения крена mK, помимо прочего, будет зависеть как от величин В, Н и ошибок mB, mH их определения, так и от размеров пикселя В и Н и ошибок mВ, mН их определения:

= + + +. (45) Если изображение отвеса располагается по центру верхнего сечения трубы (рис. 59), то расстояние от отвеса до оси трубы В поверху будет равно нулю и в обработке снимка будет участвовать только нижнее сечение трубы, в результате чего формула (44) примет вид:

К = НН.

(46) В этом случае ошибка крена будет зависеть от величины Н и ошибки её определения и от размера пикселя Н и ошибки его определения:

= +. (47) Расположение отвеса относительно центра верхнего сечения можно проконтролировать по верхним отсчётам Л, О и П по формуле (Л – П)/2 – О = С, (48)

–  –  –

К = (Н – С)Н. (49) ( Следует сказать, что основное влияние на точность определения крена фотографическим способом при оптимальном расположении отвеса по центру верхнего сечения трубы оказывает размер пикселя Н, который зависит от качества фотокамеры и расстояния до снимаемого объекта .

В главе 5 разработана методика масштабирования снимка с целью определения размеров одного пикселя для верхнего и нижнего сечений трубы, от чего, в основном зависит точность определения крена основном, крена .

Проведенные нами исследования фотокамеры Nikon COOLPIX S9100 показали, что размер пикселя может находиться в пределах от 1 до 10 мм/пкс в диапазоне 33-30 м [6]. Для уменьшения влияния размера пикселя на точность определения крена можно поступать следующим образом .

Вначале необходимо сфотографировать всю трубу с отвесом (рис. 59) и отметить проекцию отвеса на нижнем сечении трубы, например взяв отнапример, счёт по горизонтально приложенной к этому сечению нивелирной рейке .

Переместить фотокамеру по направлению на эту метку и сфотографир сфотографировать нижнее сечений с близкого расстояния. Обработка первого снимка будет заключаться в определении С, а второго снимка – в определении Н .

В этом случае влияние размера пикселя может быть сведено до минимума, а также открыта видимость всей нижней части трубы (рис. 62), что позворис .

лит реализовать рассмотренный далее новый двухэтапный фотографический способ определения крена .

Рис. 62. Фотография трубы с расстояния 3 м

Так, на этой фотографии трубы, обработанной в Paint, отсчёт по левому концу рейки составил 1241 пкс, по правому отсчёт равен 4266 пкс, длина рейки 3000 мм, следовательно размер одного пикселя будет равен 3000/(4266 – 1241) = 0,992 мм/пкс .

На рис. 63а показана возможность определения крена путём фотографирования изображения трубы с отвесом в плоском зеркале установзеркале, ленном в непосредственной близости от трубы. Рис. 63б наглядно демонстрирует, что с помощью фотографического способа с отвесом можно надёжно и просто получить максимум информации об искривлении ствола трубы без каких-либо материальных затрат и решения орг либо организационных вопросов .

а) б) Рис. 63. Фотография изображения трубы в плоском зеркале (а) и искривлённой трубы (б) В последующих разделах будет показано, что хорошие результаты даст сочетание способа вертикального проектирования с помощью тахеометра средней точки верхнего сечения на низ трубы с последующим фотографированием с близкого расстояния нижнего сечения с проекцией этой точки. Перспективной является также методика фотографирования ствола трубы с отвесом по частям с одной точки стояния фотокамеры при разных углах наклона её оптическоё оси .

Следует также отметить простоту исполнения и обработки результатов фотографического способа с отвесом, который можно применять не только для одноразового контроля, но и для мониторинга вертикальности различных высоких зданий и сооружений, получая при этом максимум информации об исследуемом объекте. Для этого достаточно в каждом цикле наблюдений центрировать отвес и фотокамеру над одними и теми же точками и использовать одну и ту же камеру .

–  –  –

В точке Ф устанавливают фотокамеру на таком расстоянии Ф-О, чтобы на будущей фотографии разместилось изображение всей трубы .

Ориентируют оптическую ось фотокамеры на отмеченную заранее точку О1, фиксирующую направление на центр нижнего поперечного сечения трубы. На некотором расстоянии от фотокамеры располагают на линии Ф-О шнуровой отвес так, чтобы нить отвеса проектировалась на всю высоту трубы .

Этот отвес фотографируют на фоне исследуемого объекта. Выводят фотографию трубы на экран монитора и открывают файл, например, с помощью Paint. Дальнейшая обработка снимка заключается в следующем .

Подводят курсор к левому краю, отвесу и правому краю трубы на уровне его верхнего и нижнего сечений и берут отсчёты в пикселях (пкс) Л, О и П, соответствующие каждому положению курсора .

Определяют в пикселях расстояния ЛВ, ПВ и ЛН, ПН от отвеса до верхних и нижних краёв трубы как разность отсчётов по курсору О–Л и О– П (рис. 64б, в).

Вычисляют в пикселях расстояние от отвеса до оси трубы поверху:

В = – (ЛВ + ПВ)/2, (50)

–  –  –

где В – размер одного пикселя для верхнего сечения трубы, мм/пкс .

Для контроля можно проверить расположение отвеса относительно центра нижнего сечения по нижним отсчётам ЛН, ОН и ПН по формуле (ЛН + ПН)/2 – ОН =, (52) где – смещение отвеса относительно центра нижнего сечения, пкс, которое теоретически должно быть равно нулю; ЛН, ОН и ПН – отсчёты на уровне нижнего сечения, пкс .

Если подсчитанная по формуле (52) величина не равна нулю и оказалась со знаком плюс, то отвес смещён в левую сторону от центра нижнего сечения, со знаком минус – в правую. В этом случае к отсчёту ОВ необходимо прибавить поправку с учётом её знака и вычислить правильную величину В .

Такой мониторинг крена высоких сооружений башенного типа с помощью фотографического способа может осуществляться дискретно или непрерывно. Методика дискретного мониторинга заключается в периодическом расположении в постоянных точках фотокамеры и отвеса и фотографировании объекта с последующей обработкой снимка. Сравнение результатов, полученных в разных циклах, позволит судить о стабильном положении сооружения или нет. Методика непрерывного мониторинга может осуществляться с использованием, например, стационарно установленных видеокамеры и отвеса .

В результате экспериментальных исследований было установлено, что для максимального исключения влияния дисторсии объектива на получаемые результаты, необходимо стремиться к тому, чтобы отвес располагался как можно дальше от фотокамеры. Однако выполнение этого условия может привести к тому, что нить отвеса не будет распространяться на всю высоту трубы, а только на некоторую её часть .

В этом случае необходимо на снимке наложить на нить отвеса линию и продлить её на всю высоту трубы. что позволит реализовать рассмотренный далее новый фотографический способ продолженного отвеса. После этого, по изложенной выше методике, можно получить максимум информации о пространственном положении трубы на любом её уровне по высоте. В этом заключается одно из основных достоинств фотографического способа .

Обратим внимание, что в формуле (51) участвует величина В – размер одного пикселя для верхнего сечения трубы, мм/пкс. Как уже было сказано, размер одного пикселя можно определить как частное от деления известной длины некоторого базиса на снимке (мм) на количество пикселей содержащихся в этом базисе (пкс). На рис. 65 представлена схема к определению размера одного пикселя при расположении фотокамеры на некотором расстоянии от оси трубы Ф-О = nR (где n – число укладываний радиуса R в расстоянии Ф-О) .

–  –  –

При фотографировании трубы полученное на снимке изображение хорды (Л-П) не соответствует диаметру (1-2) её поперечного сечения, а всегда меньше его. Поэтому размер одного пикселя в метрической системе единиц для верхнего сечения трубы предлагается определять по формуле В = (Л-П)В /(ЛВ + ПВ), (53)

–  –  –

Для значений n, равных 2, 3,…, 19, 20, были подсчитаны эти коэффициенты, характер изменения которых иллюстрируется графиком на рис .

66 .

1,05 Коэффициент с 0,95 0,9 0,85 0,8

–  –  –

На основании этих графиков можно констатировать. что при n равном 7 и более значения ошибки mc практически равны нулю.

Поэтому формулу (56) можно представить в сокращенном виде:

–  –  –

В то же время увеличение расстояния фотографирования может отрицательно сказаться на точности измерения на снимке хорды Л-П, то есть на точности определения количества пикселей Л и П. А это, в свою очередь, влияет на точность определения размера одного пикселя .

На рис. 68 представлены подсчитанные по формуле (58) графики зависимости ошибки mЛ-П от с и mR. Анализ этих графиков позволяет констатировать, что начиная с n равном 7 и более значения ошибки mЛ-П практически равны удвоенной ошибке mR, то есть mЛ-П = 2mR .

=( 4 + ЛВ ПВ ) (ЛВ ПВ ), В где mR, (Л П)В и (ЛВ ПВ ) соответственно средние квадратические ошибки определения радиуса и хорды (Л-П) в мм и её же в пикселях .

Проведенные нами исследования фотокамер Nikon D3100, Nikon COOLPIX S9100, Sony Exmor R, Canon PowerShot S2 IS показали, что размер одного пикселя зависит только от расстояния до объекта съёмки и может находиться в пределах от 1-2 до 8-15 мм/пкс в диапазоне 3-30 м .

Установлено также, что отсчёты Л, О, П можно брать с точностью (ЛВ ПВ ) в зависимости от ошибок отсчёта до 1 пикселя.

Тогда ошибка поверху будет равна:

(ЛВ ПВ ) = ОВ 2, (60) где ошибка может быть принята равной 1 пкс .

Теперь, в соответствии с выражением (60) формула (59) примет вид:

= (Л 4 +2 В ПВ ) В. (61) В

–  –  –

Следует отметить, что приведенным вариантом методики мониторинга крена не ограничиваются схемы его исполнения. Они могут быть самые различные. Во-вторых, вообще можно ограничиться только измерениями ЛВ, ПВ и ЛН, ПН и определить величину крена в относительной мере. Для этого следует найти количество пикселей Н, приходящихся на всю высоту трубы, и вычислить крен в относительной мере В/Н, который согласно СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» не должен превышать 0,005 для труб высотой 100 м и 1/2Н – для труб большей высоты .

В нашей работе [6] и разделе 6.1 приведены результаты сравнения калибровки цифровой камеры Nikon COOLPIX S9100 по горизонтальному и вертикальному базисам. В частности установлено, что размеры одного пикселя (зависящие от расстояния между фотокамерой и объектом) в диапазоне измеряемых расстояний 3…30 м оказались совершенно одинаковыми как для горизонтального, так и для вертикального базиса, что подтверждает правомерность вычисления относительной величины крена В/Н в пикселях .

7.3 Фотографический способ контроля вертикальности промышленных дымовых труб Предлагаемая методика фотографического способа контроля вертикальности промышленных дымовых была опробована при определении крена дымовой трубы высотой 30 м и радиусами: поверху 1,3 м, понизу 2,0 м .

Труба была сфотографирована с расположенной на некотором расстоянии от объектива фотокамеры нитью шнурового отвеса и приложенной к трубе 3-метровой нивелирной рейкой (рис. 71а). Измерения выполнялись цифровой камерой Nikon S S9100. Размер матрицы составляет 1/2,3", эквивалентное фокусное расстояние объектива 25-450 мм. Наличие низкодисперсных линз в объективе способствует снижению остаточных хроматических аберраций и дисторсии дисторсии .

ЛВ ПВ Л1 П1 Л2 П2 ЛН ПН

–  –  –

Изображение рейки на снимке было использовано для определения расстояния от фотокамеры до трубы, которое оказалось равным 18,546 м .

Это позволило определить расстояние до центра трубы (18,564+2,000) м = 20,564 м, что соответствует числу укладываний n нижнего радиуса в этом го расстоянии равному 20,564:2 = 10,282 и верхнего радиуса соответственно 20,564:1,3 = 15,818. Этим значениям n соответствуют, согласно формулы (55), поправочные коэффициенты с для нижнего радиуса 0,995 и для верхнего радиуса 0,998 (графа 6 табл. 21) .

графа Обработка снимка (рис. 71а) заключалась в определении расстояний от изображения отвеса до левого Л и правого П краёв трубы в верхнем В, двух промежуточных 1, 2 и нижнем Н её сечениях (графы 2, 3). Находили графы их полусуммы (графа 4) и расстояния от отвеса до оси трубы (графа 5) .

графа

–  –  –

В работе [16] с помощью электронного тахеометра SET 530R/R3 были измерены в произвольной системе прямоугольные координаты точек на четырех сечениях трубы (рис. 71б) и вычислены радиусы каждого сечения .

Одновременно эти радиусы были получены в результате линейно-угловых измерений (графа 7). По этим радиусам с использованием формулы (54) определяли длину хорды Л-П (рис.

65), а по формулам (62) вычисляли размер одного пикселя (графа 8):

В = (Л-П)В /( ПВ ± ЛВ), Н = (Л-П)Н /( ПН ± ЛН), (62) где (Л-П)В и (Л-П)Н – длина хорды Л-П верхнего и нижнего сечений трубы в метрической системе единиц, причём знак «минус» соответствует положению отвеса рис. 72а, в, а знак «плюс» положению рис. 72б .

–  –  –

И наконец по формуле (44) вычисляли частные и общий крен трубы (первые значения графы 9) которые показали хорошую сходимость с таковыми, полученными в результате координатных и линейно-угловых измерений [16] (вторые и третьи значения графы 9) .

7.4 О точности фотографического способа контроля вертикальности промышленных дымовых труб Крен трубы в метрической системе единиц согласно формулы (44) равен К = ВВ –НН, В и Н – размер одного пикселя соответственно для верхнего и нижнего сечения трубы, мм/пкс; В и Н расстояния от отвеса до оси трубы поверху и понизу, пкс .

ПВ ПВ ЛВ ЛВ В В

–  –  –

ПН ПН Н Н ЛН ЛН

–  –  –

Найдём среднюю квадратическую ошибку крена mК, используя формулу (44).

Согласно известного из теории ошибок выражения для ошибки функции общего вида имеем:

= + + +, (63) где выражения в скобках представляют собой частные производные, а mВ, mН, mВ, mН – средние квадратические ошибки измерения расстояний от отвеса до оси трубы и определения размера одного пикселя соответственно поверху и понизу .

После взятия частных производных формула (63) примет вид:

= + + +. (64) Таким образом ошибка крена в метрической системе единиц будет зависеть от ошибок определения расстояний В и Н и ошибок определения размера одного пикселя поверху и понизу .

Поскольку В = 0,5ПВ – 0,5ЛВ, Н = 0,5ПН – 0,5ЛН (рис. 73а) или

В = 0,5ЛВ – 0,5ПВ, Н = 0,5ЛН – 0,5ПН (рис. 73б), то по аналогии с предыдущим можно написать:

= 0,25( + = 0,25( + ЛВ ПВ ), ЛН ПН ), (65) Н где в скобках представлены средние квадратические ошибки определения

–  –  –

С учётом (67) выражения (66) примут вид:

= = ОВ,, (68) ОН подставив которые в формулу (64), получим:

= + + +. (69) ОВ ОН В процессе измерения снимков, выполненных различными фотокамерами (Nikon D3100, Nikon COOLPIX S9100, Sony Exmor R, Canon

PowerShot S2 IS) установлено, что отсчёты ОЛ, О, ОП можно брать с точностью до 1 пикселя. Поэтому формулу (69) можно упростить:

= + + +. (70) Таким образом, ошибка определения крена будет зависеть от размеров пикселей поверху и понизу, ошибки их определения и расстояний от отвеса до оси трубы поверху и понизу .

На рис. 65 представлена схема к определению размера одного пикселя при расположении фотокамеры на некотором расстоянии от оси трубы Ф-О = nR (где n – число укладываний радиуса R в расстоянии Ф-О) .

В соответствии с этим размер одного пикселя в метрической системе единиц для верхнего и нижнего сечений трубы можно определять по формулам В = (ЛП)В /(ЛВ + ПВ), Н = (ЛП)Н /(ЛН + ПН), (71) <

–  –  –

0,943 0,968 0,980 0,986 0,990 0,992 0,994 0,995 0,996 0,996 0,997 0,997 0,998 0,998 0,998 0,998 0,999

–  –  –

Анализ формулы (54) позволяет констатировать, что точность определения хорды (ЛП) предлагаемым способом в основном зависит от точности определения радиуса сооружения R, поскольку поправочный коэффициент с даже при n = 2 составляет всего 0,866 и с увеличением n стремится к единице, достигая уже при n = 10 значения 0,995. В то же время увеличение расстояния фотографирования может отрицательно сказаться на точности определения на снимке количества пикселей в хорде (ЛП), что повлияет на точность определения размера одного пикселя

На основании формулы (54) можно написать:

= 4( + (ЛП) ), (73) где mc и mR – средние квадратические ошибки определения поправочного

–  –  –

Представим формулу (72) в виде:

(ЛП) = + = + (ЛП) (Л П) (ЛП) (Л П) (Л П) (Л П) (Л П), (75)

–  –  –

ЛН ПН Рис. 74. Схема использования отвеса в качестве референтной прямой Представленная на рис. 74 дымовая труба была сфотографирована с расположенной на некотором расстоянии от объектива фотокамеры нитью шнурового отвеса и приложенной к трубе 3-метровой нивелирной рейкой .

Измерения выполнялись цифровой камерой Nikon S9100 .

Изображение рейки на снимке было использовано для определения расстояния Ф-4 (рис. 65), которое оказалось равным 18,546 м. Это позволило определить число укладываний nВ = 15,8 верхнего радиуса в расстоянии Ф-О и nН = 10,3 нижнего радиуса. Этим значениям n соответствуют, согласно табл. 17, поправочные коэффициенты с для верхнего радиуса 0,998 и для нижнего радиуса 0,995. Из этого следует, что при n 10 изменение его значения на 15,8 – 10,3 = 5,5 вызывает изменение поправочного коэффициента с всего на 0,998 – 0,995 = 0,003. На основании данных табл .

17 в формуле (76) средняя квадратическая ошибка mc может быть принята равной 0,001 .

Обработка снимка (рис. 74) показала что (ЛВ+ПВ) = 308 пкс и (ЛН+ПН) = 592 пкс. По значениям радиусов RB и RH с использованием формулы (54) определяли длину хорды (ЛП), а по формулам (71) вычисляли размеры одного пикселя в метрической системе единиц, которые оказались равными В = 8,5 мм, Н = 6,8 мм. Подставив в формулу (76) соответствующие значения, получим при mR = 5; 10; 15 мм ошибку m = 0,06; 0,09; 0,11 мм поверху и m = 0,03; 0,04; 0,06 мм понизу. Это говорит о том, что решающее влияние на m оказывает размер пикселя .

При обработке снимка (рис. 74) были найдены В = 22 пкс и Н = 30 пкс, подставив которые и другие найденные ранее значения В = 8,5 мм, Н = 6,8 мм, m = 0,06; 0,09; 0,11 мм, m = 0,03; 0,04; 0,06 мм в формулу (70), получим mК = 11,0; 11,1; 11,3 мм. Таким образом, средняя квадратическая = + ошибка крена зависит в основном от размеров пикселей поверху и понизу .

Действительно, если принять:, то mК будет равна 10,9 мм, то есть практически такой, что и по строгой формуле (70) .

Таким образом, если при фотографическом способе определения крена дымовой трубы её радиусы поверху и понизу известны с ошибкой 5

– 15 мм, поправочный коэффициент с найден с ошибкой 0,001, точность отсчёта по курсору при обработке снимка равна 1 пкс, то среднюю квадратическую ошибку крена можно определить по простой формуле = + К В Н, (77) где В, Н – размер одного пикселя соответственно поверху и понизу, мм .

Особый интерес представляет случай, когда референтная прямая располагается по центру верхнего сечения трубы (рис. 75) .

Здесь расстояние от отвеса до оси трубы поверху В будет равно нулю и формула (44) примет вид:

–  –  –

ПН ЛН Н Н ЛН ПН

–  –  –

Данные табл. 23 свидетельствуют, что даже при значительных ошибках mФ-О и mR ошибки mn в соответствии с данными табл. 22 не окажут влияния на точность определения поправочного коэффициента с, тем более, что они имеют тенденцию к уменьшения с увеличением радиуса трубы R .

<

–  –  –

имея в виду, что теперь Н имеет размерность в мм/пкс .

По формуле (81) были подсчитаны средние квадратические ошибки mК при различных значениях Н = 5; 10; 15 мм и Н = 20; 40; 60 мм/пкс (табл. 25) .

–  –  –

Данные табл. 25 свидетельствуют о том, что при постоянном значении m размеры Н = 20; 40; 60 пкс не оказывают заметного влияния на величину mК, которая получается практически равной размеру одного пикселя Н, поэтому с некоторой долей приближения можно вторым слагаемым в формуле (81) пренебречь .

Наконец, в работе [16] приведены результаты определения крена дымовой трубы (рис. 74) координатным и линейно-угловым способами, значения которых оказались равными соответственно 12 и 18 мм. Те же измерения, выполненные фотографическим способом, дали результат 17 мм, то есть показали хорошую сходимость с другими способами, не выходящую за пределы его точности .

7.5 Двухэтапный фотографический способ определения крена сооружений башенного типа Практически всем известным способам определения крена высоких зданий и сооружений присущи недостатки, связанные с их зависимостью от застроенности территории, что затрудняет выбор точек стояния применяемого прибора для производства наблюдений в двух или более направлениях. Исключить этот недостаток можно, применяя так называемые односторонние способы, выполняемые с одной точки стояния прибора [3] .

Разработанные на кафедре инженерной геодезии ННГАСУ координатные, линейно-угловые, фотографические способы контроля вертикальности сооружений башенного типа предусматривают соответствующие измерения верхнего, нижнего (а при необходимости и средних) наблюдаемых сечений .

Однако на практике зачастую нижняя часть сооружения (рис. 74, 77, 79, 87) бывает закрыта посторонними предметами (здания, сооружения, деревья, транспорт и т. п.). Вследствие этого наблюдатели ограничиваются определением крена только верхней видимой части сооружения с последующей экстраполяцией крена на всю высоту сооружения, что может отрицательно сказаться на точности получаемых результатов .

Рис. 77. Фотография телебашни

Для устранения этого недостатка предлагается, названный нами, двухэтапный способ определения крена. Его сущность поясняется рис. 78а и заключается в следующем следующем .

Из точки Т производят линейно-угловые или координатные измерения верхнего сечения 1--2-3 сооружения по методике описанной в работах [ 3, 16]. Путём вертикального проектирования отмечают на нижнем сечении сооружения точку О1 по направлению линии Т-О. Переносят прибор в точку Т1, расположенную на линии Т-О1 и производят линейно-угловые линейно или координатные измерения нижнего невидимого ранее сечения сооружения. По результатам измерений можно определить частные крены одновременно по осям х и у условной системы координат, общий крен и его направление .

Считаем перспективным применение такой двухэтапной методики определения крена с помощью фотографического способа с применением неметрических фотокам Сущность способа поясняется рис 78а,б и зафотокамер. рис .

ключается в следующем Из точки Т фотографируют всё сооружение с отследующем .

весом, расположенным на некотором расстоянии перед объективом фотокамеры. Причём отвес, вово-первых, должен располагаться по центру верхнего сечения и, во-вторых, для исключения влияния дисторсии объектива отвес и сооружение должны располагаться в центральной части снимка .

Отмечают на нижнем сечении сооружения точку О1 по направлению линии Т-О (рис. 78а). Переносят фотокамеру в точку Т1, расположенную на линии Т-О1 и фотографируют нижнюю невидимую ранее часть сооружения с точкой О1 .

–  –  –

Предлагаемая методика была опробована на дымовой трубе высотой 30 м и радиусами поверху 1,3 м и понизу 2,0 м, левая нижняя часть которой была закрыта транспортным средством .

Вначале был осуществлён первый этап, который заключался в том, что с точки Т была сфотографирована цифровой фотокамерой вся труба с горизонтально расположенной на нижнем сечении трубы рейкой (рис. 79а) с расстояния 11,1 м при расположении отвеса в 3 м от фотокамеры. В качестве точки О1 фигурировал взятый по отвесу отсчёт по рейке, равный 1500 мм, отмеченный также на трубе белой чертой. Затем фотокамеру перенесли в точку Т1, расположенную на линии Т-О1 (рис. 78а) на расстоянии 3,6 м от трубы, и сфотографировали нижнюю невидимую ранее часть трубы (рис. 79б) .

–  –  –

Крен сооружения в пикселях, в данном случае по оси у (рис. 78а), будет равен Ку = В – Н = 17,5 + 1,5 = 19 пкс (графа 11), а в метрической системе единиц крен будет равен произведению Ку на размер одного пикселя .

Для определения размера одного пикселя необходимо известную длину отрезка разделить на количество содержащихся в нём пикселей. В результате измерений снимка на рис. 79а установлено, что в 1,5-метровой Поэтому крен трубы в метрической системе равен Ку = 19 1,340 = 25 мм .

рейке содержится 1119 пкс, следовательно = 1500/1119 =1,340 мм/пкс .

В своё время [16] были выполнены координатные (рис. 78б) и линейно-угловые (рис. 78а) измерения этой же трубы с одной точки Т. Были получены значения частных кренов по осям координат, причём частный крен Ку составил соответственно 24 мм и 15 мм (фотографическим способом 25 мм). В силу разных причин (неидеальность реального объекта, несовпадение наблюдаемых сечений, погрешности измерений и т.п.) расхождения в значениях частных кренов Ку составили соответственно 1 мм 10 мм, что, на основании исследований, приведенных в работе [17], вполне возможно. Кроме того, согласно «Руководства по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами. – М.,

– 1981, –55 с.», допустимые погрешности измерения крена таких сооружений высотой до 100 м не должны превышать 30 мм, что и соблюдается в нашем случае .

Если референтная прямая (отвес) располагается строго по центру верхнего сечения сооружения (рис. 79а), то расстояние от отвеса до оси сооружения В поверху будет равно нулю и в обработке снимка будет участвовать только нижнее сечение трубы, в результате чего частный крен Ку = Н. Теперь достаточно на втором снимке (рис. 79б) определить ЛН и ПН и вычислить крен Ку. Причём, масштабирование снимка (определение ) можно выполнить двояко. Для этого можно размер нижнего сечения в мм поделить на количество пикселей, содержащихся в нём, или по рейке, которую при необходимости можно использовать также для определения расстояния Т-О1 фотографическим способом .

Так, например, на рис. 79б отсчёт по левому краю 3-метровой рейки составил 490 пкс, по правому краю 2359 пкс, откуда = 3000/(2359 – 490) = 1,6 мм/пкс. Следовательно, крен Ку будет в метрической системе единиц равен 19 пкс1,6 мм/пкс = 30 мм .

Расположение отвеса относительно центра верхнего сечения можно проконтролировать по верхним отсчётам ЛВ, ОВ и ПВ (с учётом их знака) по формуле (48) С= (ЛВ + ПВ)/2 – ОВ, где С – смещение отвеса относительно центра верхнего сечения, пкс .

Если подсчитанное по формуле (48) смещение С оказалось со знаком плюс, то отвес смещён в левую сторону от центра верхнего сечения, со знаком минус – в правую. С учётом смещения С и его знака можно в положение точки О1 ввести эту поправку и отсчёт ОН брать по положению курсора в откорректированной точке О1. Либо к отсчёту ОН прибавить эту поправку с учётом её знака или крен вычисляться по формуле (49) К = (Н – С)Н .

Представляет интерес степень влияния погрешности центрирования фотокамеры в точке Т1 на точность определения крена сооружения АВ (рис. 80) .

Действительно, если точка расположения фотокамеры Т1 сместится с линии Т-О1 на некоторую величину Т1Т1 = l (нестворность фотокамеры), то вместо правильных значений ЛН и ПН будут на снимке измерены неправильные значения ЛН и ПН. В результате этого вместо правильного значения крена Н = – (ЛН + ПН)/2 будет определёно его неправильное значение Н = – (ЛН + ПН)/2, отличающееся на величину .

О

–  –  –

ЛН ПН А В О1 ЛН В О1 ПН

–  –  –

По данным табл. 27 построены графики зависимости погрешности от величины нестворности l и коэффициента k, наглядно иллюстрирующие, как с увеличением расстояния Т1О1 от 1R до 4R погрешность уменьшается от 2,5 – 10 мм до 1 – 4 мм при величине нестворности 5 – 20 мм .

На основании рис. 81 можно констатировать, что при точности центрирования фотокамеры в точке Т1 равной 5 мм прогрешность определения крена не превысит 1-2 мм .

Погрешность, мм

–  –  –

Рис. 81. Графики зависимости погрешности от l и k Таким образом, проведенные экспериментальные исследования подтвердили состоятельность предлагаемого двухэтапного способа определения крена сооружений башенного типа .

В заключение можно рекомендовать комбинированный способ, включающий проектирование с помощью, например, теодолита с точки Т средней точки верхнего сечения на горизонтальную рейку внизу сооружения с последующим отмечанием точки Т1 и фотографированием с этой точки нижней ранее закрытой части сооружения с рейкой рейкой .

Рассмотренную двухэтапную методику можно применять для контроля пространственного положения сооружений башенного типа практически любыми способами описанными в работе [3] .

способами,

7.6 Фотографический способ продолженного отвеса

Непременным условием использования в качестве вертикальной референтной прямой нити свободно висящего перед объективом фотокамеры шнурового отвеса, сфотографированного на фоне исследуемого сооружения, является его распространение на всю высоту сооружения (рис. 82а) .

–  –  –

Кроме того, для максимального исключения влияния дисторсии объектива на получаемые результаты необходимо стремиться к тому, чтобы результаты, отвес располагался по оси сооружения и как можно дальше от фотокамеры. Однако выполнение второго условия об увеличении расстояния от отрассто веса до фотокамеры может привести к тому, что отвес не будет распространяться на всю высоту сооружения, а только на некоторую его часть (рис. 82б, в) .

В этом случае необходимо на снимке наложить на нить отвеса линию (пунктирная на рис. 82г д, е) и продлить её на всю высоту трубы. Опыт г, показывает, что операцию по совмещению этих двух линий можно производить с достаточно высокой степенью точности. После этого по излоэтого, женной в предыдущих разделах монографии методике, можно получить максимум информации о пространственном положении трубы на любом её ии уровне по высоте. В этом заключается одно из достоинств фотографического способа .

–  –  –

В процессе экспериментальных исследований была также опробована программа Plumb-bob. Её сущность заключается в том, что в процессе фотографирования сооружения на смартфон или планшет, снабженные этой программой, на снимке всегда есть изображение вертикальной линии (рис. 84) .

–  –  –

Рис. 85. Фотография трубы с Plumb-bob (а) и полной референтной прямой (б) Фотография на рис. 85б была также обработана в системе Paint. В табл. 29 представлены результаты определения общего и шести частных кренов в пикселях .

–  –  –

По данным табл. 28 и 29 построены графики, характеризующие частные и общий крен трубы. На основании этих графиков можно констатировать, что обе кривые являются конгруэнтными, а их несовпадение (расхождение составило в среднем 3 пкс) можно объяснить в первую очередь неточностью совмещения фотографии на рис. 85а с фотографией на рис .

85б .

Крены, пкс

–  –  –

Считаем перспективными дальнейшие работы по совершенствованию предлагаемой методики выполнения способа «продолженного отвеса» .

7.7 Фотографический способ одновременного определения крена куста промышленных дымовых труб В настоящее время широкое распространение получили металлические трубы постоянного диаметра, расположенные в ряд (рис. 87) или в виде четырёхугольника .

–  –  –

Согласно табл. 30, полученные значения общего крена труб составили 1-2 пкс, что, вообще говоря соответствует точности взятия отсчётов Лi, говоря, Пi, Оi .

Фотографирование куста труб (рис. 88), расположенных в виде четырёхугольника, следует производить с четырёх сторон. В этом случае крен каждой трубы можно определить в двух взаимно перпендикулярных направлениях .

Рис. 88. Фотография четырёхугольного куста дымовых труб

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Следует сказать, что приведёнными в монографии методами контроля пространственного положения и формы строительных конструкций не исчерпываются возможности использования цифровых неметрических фотокамер, совместимых с компьютерной техникой. Например, использование цифровой фотограмметрии дает возможность помимо прочего контролировать вибрации любых инженерных объектов, учитывать динамические деформации, которые проявляются в виде колебаний или периодических движений и др .

Наряду с этим, необходимо развивать новые перспективные способы, которые основываются или будут основаны на новейших достижениях науки и техники.

К таким способам, в частности, определения крена можно отнести следующие:

Вертикальное проектирование с помощью специальных приборов. Такие приборы предназначены для формирования в пространстве отвесной визирной оси (приборы типа Зенит-ОЦП, ПОВП, ПВП-Т, ПВП-В, PZL) или отвесного лазерного луча (лазерные ОЦП типа ЛЗЦ-1, LL-132, APLO-KP3). При благоприятных условиях наблюдений оптические приборы вертикального проектирования обеспечивают точность 1-2 мм на 100 м .

Точность лазерных приборов составляет в среднем 15 мм на 300 м, а дальность проектирования может достигать 600 м и более. Из современных приборов вертикального проектирования назовём оптический прибор FGL100 и лазерный прибор LV1 .

Спутниковые методы предусматривают использование GPSприемников при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений башенного типа .

Наземное лазерное сканирование позволяет получать изображение сооружения и определять координаты любой его точки. Применение для этих целей НЛС поможет сократить не только затраты труда, но и получить бесконтактным способом информацию о большом числе точек сооружения в один физический момент, что имеет значение при определении динамических деформаций .

Программа Plumb-bob предусматривает в процессе фотографирования на смартфон, планшет, ноутбук и др. всегда получать на снимке изображение вертикальной линии. Эту линию можно использовать в качестве вертикальной референтной прямой, от которой производить все необходимые измерения .

Использование беспилотных летательных аппаратов, основанное на принципах аэрофотосъёмочных работ, а также дальнейшее совершенствование фотографических способов можно считать одним из перспективных направлений развития способов контроля вертикальности сооружений башенного типа .

Применение видеоизмерительных систем, основанное на компьютерной обработке видеоизображения контролируемого объекта .

В заключение следует сказать, что при организации работ по контролю пространственного положения и формы строительных конструкций, необходимо, во-первых, руководствоваться требованиями обеспечения безопасности геодезических измерений. Во-вторых, эти требования должны учитываться при разработке новых методов, приборов и систем, обеспечивающих высокие технологии таких измерений .

ЛИТЕРАТУРА

1. Шеховцов, Г. А. Новые способы формирования и использования вертикальных референтных прямых / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка, 2014, №6. с. 22-27 .

2. Шеховцов, Г. А. Перспективы использования фотографического способа определения пространственного положения строительных конструкций инженерных сооружений / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, Ю. Н. Раскаткин // Промышленная безопасность. Сб. статей. Н.Новгород: ННГАСУ, 2012, с. 35-38 .

3. Шеховцов, Г. А. Геодезические работы при экспертизе промышленной безопасности зданий и сооружений: монография, изд. 2-е доп. / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова // Н.Новгород: ННГАСУ, 2014, 176 с .

4. Шеховцов, Г. А. Калибровка цифровой фотокамеры с целью измерения расстояний / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, Е. В. Попов, Ю. Н. Раскаткин // Приволжский научный журнал. Н.Новгород: ННГАСУ, 2015, №4, с. 131-140 .

5. Шеховцов, Г. А. О методике и результатах калибровки фотокамер с целью измерения расстояний /Г.А. Шеховцов, Р.П. Шеховцова, Ю. Н. Раскаткин // Геодезия и картография. – 2016. – №2. – С. 46-53 .

6. Шеховцов, Г. А. Калибровка цифровой камеры по вертикальному базису с целью измерения расстояний / Г. А. Шеховцов, О. В. Раскаткина // Материалы VII междунар. науч.-практ. конф: Приоритетные направления развития науки и образования. Чебоксары, 04 декаб., 2015 г. - №4 (7). - С. 216-222 .

7. Шеховцов, Г. А. Новые способы определения смещений опорных узлов ферм на оголовках колонн / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова // Промышленная безопасность. Сб. статей. Н.Новгород: ННГАСУ, 2009, с. 99-106 .

8. Шеховцов, Г. А. Некоторые результаты моделирования новых способов определения смещений опорных узлов ферм на оголовках колонн / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, В. В. Фатеев // Промышленная безопасность .

Сб. статей. Н.Новгород: ННГАСУ, 2009, с. 93-98 .

9. Шеховцов, Г. А. О фотографическом способе наблюдений за трещинами несущих конструкций инженерных сооружений / Г. А. Шеховцов, Р. П .

Шеховцова, Ю. Н. Раскаткин // Промышленная безопасность. Сб. статей .

Н.Новгород: ННГАСУ, 2012, с. 39-45 .

10. Шеховцов, Г. А. Определение радиуса сооружений круглой формы фотографическим способом / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, Ю. Н. Раскаткин // Промышленная безопасность. Сб. статей. Н.Новгород: ННГАСУ, 2012, с. 46Шеховцов, Г. А. Новые способы определения радиуса сооружений круглой формы / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, Ю. Н. Раскаткин // Приволжский научный журнал. Н.Новгород: ННГАСУ, 2015, №1, с. 131-137 .

12. Шеховцов, Г. А. Теоретические основы фотографического способа определения радиуса сооружений круглой формы / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, Ю. Н. Раскаткин // Приволжский научный журнал .

Н.Новгород: ННГАСУ, 2015, №3, с.198-205 .

13. Шеховцов, Г. А. О косвенных способах определения радиуса сооружений круглой формы и некоторые результаты их моделирования / Г. А .

Шеховцов, Ю. Н. Раскаткин // Материалы междунар. науч.-практ. конф: Научное и образовательное пространство: перспективы развития. Чебоксары, 29 нояб., 2015 г.- С. 193-204 .

14. Шеховцов, Г. А. Теоретические основы применения цифровых фотокамер для контроля пространственного положения строительных конструкций /Г.А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, Д. П. Ивенин, О. В. Раскаткина // Приволжский научный журнал. Н.Новгород: ННГАСУ, 2016, №2, с. 41-64 .

15. Шеховцов, Г. А. О фотографическом способе нивелирования строительных конструкций / Г. А. Шеховцов, Р. П.Шеховцова, О. В. Раскаткина, А. М. Анущенко // Приволжский научный журнал. Н.Новгород: ННГАСУ, 2016, №3, с.24-32 .

16. Шеховцов, Г.А. Экспериментальные исследования координатного способа определения крена промышленных дымовых труб / Г.А. Шеховцов, Р.П.Шеховцова, Д.П. Ивенин, О.В. Раскаткина // Приволжский научный журнал .

Н.Новгород: ННГАСУ. –2016. –№1. –С. 58-64 .

17. Шеховцов, Г. А. Результаты моделирования координатного способа определения центра и радиуса сечений сооружений круглой формы / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова, О.В. Раскаткина // Материалы VII междунар .

науч.-практ. конф: Научные исследования: от теории к практике. Чебоксары, 13 март. –2016 г. – №1 (7). – С. 179-187 .

18. Раскаткина, О.В. Об определении положения и радиуса сечений сооружений круглой формы координатным способом / О.В. Раскаткина // Сб. трудов аспирантов, магистрантов и соискателей / Нижегор. гос. архитектур.-строит .

ун-т. – Н.Новгород, – 2016. С.207-213 .

19.Раскаткина, О. В. Методические и классификационные аспекты контроля пространственного положения сооружений башенного типа / О.В .

Раскаткина // Третья междунар. науч.-практ. конф «Фундаментальные и прикладные исследования: новое слово в науке», г. Москва, 16 мая 2016 г. [Текст]:

сб. науч. докл. – С. 58-77 .

20. Раскаткина, О. В. Об оптимизации фотографического способа контроля вертикальности промышленных дымовых труб / О.В. Раскаткина // Третья междунар. науч.-практ. конф «Фундаментальные и прикладные исследования:

новое слово в науке», г. Москва, 16 мая 2016 г. [Текст]: сб. науч. докл. – С. 78-91 .

21. Раскаткина, О. В. Влияние местоположения отвеса на точность определения крена дымовой трубы фотографическим способом / О.В .

Раскаткина // Геодезия и картография. – 2017. – №1. – С. 55-59 .

22. Раскаткина, О. В. Теоретические основы фотографического способа мониторинга крена высоких сооружений башенного типа / О.В. Раскаткина // Приволжский научный журнал. Н.Новгород: ННГАСУ. –2017. –№2. – С. 53-62 .

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ….……………………………………………………………….. 3 Глава 1. СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕФЕРЕНТНЫХ ПРЯМЫХ…………………..………………….5 Глава 2. ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ……………………………………………………13

2.1 Калибровка цифровой камеры по горизонтальному базису с целью измерения расстояний………………………….14

2.2 Калибровка цифровой камеры по вертикальному базису с целью измерения расстояний………………………… 30 Глава 3. ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СМЕЩЕНИЙ ОПОРНЫХ УЗЛОВ ФЕРМ

НА ОГОЛОВКАХ КОЛОНН………………………...…………..36 Глава 4. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ТРЕЩИНАМИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ…………..40

4.1 Способ горизонтальной базы …………………………………...41

4.2 Способ вертикальной базы………………………………………42 Глава 5. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА СООРУЖЕНИЙ КРУГЛОЙ ФОРМЫ…………...45

5.1 Первый вариант фотографирования из одной точки…………..45

5.2 Вариант фотографирования с двух точек……………………….48

5.3 Второй вариант фотографирования из одной точки………......50

5.4 Третий вариант фотографирования из одной точки……………54 Глава 6. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ

ПЛАНОВО-ВЫСОТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПУТЕЙ

МОСТОВОГО КРАНА……………………………………………55

6.1 Калибровка цифровой камеры по горизонтальному и вертикальному базисам…………………………………………..56

6.2 Фотографический способ нивелирования………………………60

6.3 Фотографический способ определения прямолинейности…….68

6.4 Фотографический способ определения ширины колеи……….70

Глава 7. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЗДАНИЙ

И СООРУЖЕНИЙ БАШЕННОГО ТИПА……………………74

7.1 Теоретические основы фотографического способа определения крена сооружений башенного типа……………….75

7.2 О фотографическом способе мониторинга крена высоких сооружений башенного типа…………………...82

7.3 Фотографический способ контроля вертикальности промышленных дымовых труб…………………………….......89

7.4 О точности фотографического способа контроля вертикальности промышленных дымовых труб……………….92

7.5 Двухэтапный фотографический способ определения крена сооружений башенного типа ……………………………99

7.6 Фотографический способ продолженного отвеса…………….106

7.7 Фотографический способ одновременного определения крена куста промышленных дымовых труб…….111 ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….113 ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………….115

–  –  –

Подписано в печать. Формат 60х901/16. Бумага газетная. Печать трафаретная .

Уч. изд. л.6,9. Усл. печ. л. 7,3. Тираж 500 экз. Заказ № .

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65 .

Полиграфический центр ННГАСУ, 603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65.




Похожие работы:

«Группа компаний “СИГМА” УСК-02КС Устройство считывания кода (ver. 1.00) Руководство по эксплуатации САКИ.422411.114РЭ САКИ.422411.114РЭ ППКОПУ 01059-1000-3 "Р-08" Устройство считывания кода УСК-02КС. Руководство по эксплуатации САКИ.424411.114РЭ Редакция 3 24.03.2015 ©2001-2015 ООО "ВИКИНГ" http://www.sigma-is.ru...»

«ЭССЕ №1: об "Альфа-Гравити" (АГ) Введение Об "Альфа-Гравити" (АГ) написано в статье "10 общецивилизационных концепций в Украине" (стр. 10-11, 24-25). Здесь же есть смысл продолжить эту тему и попытаться нащупать более широкий контекст и потенциал "Альфа-Гравити". Автор методики А...»

«УСТРОЙСТВО РАДИОПРИЕМНОЕ ONKYO ТX-NR1008 (РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ) АЯ 46 Вы приобрели устройство радиоприемное производства компании Тоттори Онкио Корпорейшн, Япония (Tottori Onkyo Corporation, Japan). Модель TX-NR1008 является аудио/видео ресивером (декодер/ усилитель/ тюнер) и предназначе...»

«Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственная публичная научно-техническая библиотека Сибирского отделения Российской академии наук The State Public Scientific Technological Li...»

«ОАО "Свердловский завод трансформаторов тока" Утвержден 1ГГ.671 213.021 РЭ-ЛУ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ТОЛ-10-8 РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ 1ГГ.671 213.021 РЭ Россия, 620043, г. Екатеринбург, ул. Черкасская, 25 1ГГ.671 213.021 РЭ Настоящее руководство по эксплуатации (РЭ) содержит сведения...»

«1402762 ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТР ЛАЗЕРНЫЕ ГРАВЕРЫ СЕРИИ Speedy 300 LASER CENTER trotec laser engraving technology ЛАЗЕРНЫЙ ГРАВЕР С С02 ЛАЗЕРОМ Speedy 300 s Peedy300* сверхвысокие скорости лазерной гравировки прецизионная механика ^'Hffw полная защита подвижных меха...»

«Аннотация проекта (ПНИЭР), выполняемого в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014 – 2020 годы" Номер соглашения о предоставлении субсидии (государственного контракта) 14.582.21.0007 Название проекта Разработка...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЧАСТОТНО-КОНТРАСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОСТ 2 1 8 1 5.1 8 -9 0 Издание официальное...»

«"В основу прилагаемых очерков (в сокращении) из книги воспоминаний А.С. Зайцева "НЕ ОТПУКАЕТ МЕНЯ ПАМЯТЬ. НА ДИПЛОМАТИЧЕСКОЙ СЛУЖБЕ В ЭПОХУ ПЕРЕМЕН. ЗАПИСКИ ПОСЛА", положены личные впечатления автора о командировках в...»

«Библиотека геологической литературы (ОГЛ БЕН РАН) совместно с БЕН РАН и ИГЕМ РАН представляет ВЫСТАВКУ К 85-ЛЕТИЮ ИГЕМ РАН СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЛИТЕРАТУРЫ по темам "Месторождения стратегических металлов: закономерности размещения, источники вещества, условия и механизмы образования" и "Новое в познании про...»

«АВТОМОБИЛЬНЫЙ ВИДЕОРЕГИСТРАТОР Full HD с записью на SDHC РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ParkCity DVR HD 520 Содержание Предисловие Общие сведения Особенности DVR HD520 Элементы управления Функции кнопок Подготовка к работе Инструкция по эксплуатаци...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 32054— СТАНДАРТ БИТУ...»

«LIBRA CONDENSING ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТАНОВКЕ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ RU IST 04 C 324 01 Уважаемые господа, Благодарим Вас за выбор наших котлов. Просим Вас внимательно ознакомиться с данной инструкцией, содержащей рекомендации и...»

«РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗЕНИТНЫЙ ПРОЖЕКТОР Многолучевой зенитный прожектор на газоразрядной лампе 2,5 кВт для использования на улице или в помещениях большого объема. Прожектор создаёт мощный световой эффект видимый с расстояния нескольких километров, благодаря чему может использоваться в экстерьерном освещ...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ БИТУМЫ НЕФТЯНЫЕ Определение...»

«Информационный обзор Media monitoring 22.03.2017 Публикации Publications ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ RAILWAY INDUSTRY ФАС влезла в "одно окно" ОАО РЖД kommersant.ru_22.03.2017 Выпуск грузовых ваго...»

«УДК 008 Курмаз Юлия Валерьевна аспирант, старший преподаватель кафедры архитектуры и дизайна Тюменского государственного архитектурно-строительного университета, Русская христианская гуманитарная академия. г. Санкт-Петербург. Julias1973@mail.ru Yulia V. Kurmaz graduate st...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 23695СТАНДАРТ ПРИБОРЫ САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛЬНЫ Е ЭМАЛИРОВАННЫ Е Технические условия Издание официальное Москва Стандартинформ санитар...»

«Интернет-журнал "НАУКОВЕДЕНИЕ" Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале http://publ.naukovedenie.ru Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru УДК 629.112 Ильина Ирина Евгеньевна ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный ун...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ОГНЕУПОРЫ И ОГНЕУПОРНОЕ СЫРЬЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКСИДА КАЛЬЦИЯ ГОСТ 2642.7-97 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Минск ПРЕДИСЛОВИЕ. 1 РАЗРАБОТАН Межгосударственным Техническим комитетом по стандар...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.