РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНТРОЛЯ РЕМОНТА И РЕКОНСТРУКЦИИ ГОРОДСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОТОГРАММЕТРИИ

Проведение ремонта и реконструкции городских сооружений требует формирование комиссии, которая выявляет неисправности. Состав комиссии определяется организацией, занимающейся ремонтом, в неё должны входить не менее трех сертифицированных специалистов в указанной области, а при необходимости и независимый эксперт [1]. Данная комиссия проводит технический осмотр зданий и сооружений, а результаты фиксируются в соответствующем документе – «Акт технического осмотра здания». По стандартному регламенту работы по осмотру и выявления дефектов конструкций проводятся не менее двух раз в год, в неплановых случаях, например, при чрезвычайных ситуациях (ураган, землетрясение, техногенные аварии и т.д.), при аварийном состоянии объекта, осмотр могут проводить 1 раз в месяц [2]. Выявленные неисправности, в свою очередь, отображаются в специальном документе, называемом «Дефектная ведомость», который включает в себя состав комиссии, наименование дефектной единицы, её техническое состояние, объем дефектов и повреждений, а также заключение комиссии. Данное заключение в конечном итоге становятся основанием для планирования проведения ремонта или реконструкции здания или сооружения.

Для упрощения процесса осмотра здания, сбора данных о состоянии объекта и контроля ремонта и реконструкции сооружения, исходя из выводов [3], предлагается использовать технологию фотограмметрии совместно с BIM (Building Information Modeling) - технологиями. Фотограмметрия - это научно-техническая дисциплина, позволяющая определять размеры, формы, положение объекта в заданной системе координат и его другие характеристики при помощи фотоснимков и технологий их обработки. Раннее упоминание об использовании фотограмметрических методов в архитектурной отрасли относится еще к периоду до XX века, когда Альберхт Майденбауэр предложил применение перспективных свойств фотоизображений для составления планов архитектурных памятников. Первые приборы, необходимые для данного процесса, разрабатывались опытными механиками по личным указаниям А. Майденбауэра. Исходные данные для фотограмметрии он получал с помощью объектива с наиболее широким, для того времени, углом поля зрения и фокусным расстоянием от 25 до 45 см.

Рассмотрим ряд преимуществ и недостатков применения фотограмметрических технологий в ремонтных работах.

Данная технология обладает следующими преимуществами:

- использование фотограмметрии на больших территориальных участках;

- применение в труднодоступных и небезопасных условиях;

- минимальные затраты времени для получения данных;

- достоверность, объективность отображения исходного объекта;

- высокая надежность полученных результатов за счет техник и методов обработки данных;

- большая эффективность работы за счет автоматизации измерительных и вычислительных процессов;

- использование при динамически развивающихся событиях и ситуациях;

- применение бесконтактного способа наблюдений и съемок.

К недостаткам относится следующее:

- зависимость получения исходных данных в виде фотоснимков от метеорологических условий;

- сложная организация работ.

Выделяют следующие этапы проведения фотограмметрического обследования объекта:

1. Подготовительный этап: проводят ознакомление с исходно-разрешительной документацией объекта, с его объемно-планировочными, архитектурными и конструктивными решениями, со сведениями о застройке прилегающей территории, а также о доступности местности для проведения сбора фотоматериалов. [4]

2. Этап получения фотоснимков объекта: фотоснимки являются исходными данными для фотограмметрии, и вариации их получения довольно широки: от использования простого телефона до космических аппаратов. Для получения 3D-модели, близкой к реальному состоянию инфраструктуры необходимо сделать довольно большое количество фотографий с перекрытием 80 – 90 процентов, этого можно добиться при   использовании камеры с высоким разрешением, и применением вспомогательных средств таких как: дрон, вертолет, самолет.

3. Этап создания 3D-модели: на этом этапе происходит выравнивание данных, определения координат точек местности по фотоснимкам, и сшивка данных в облако связующих, где после происходит процесс создания облака плотных точек. На их основании строят полигональную 3D-модель.

Для корректного формирования исходных данных, можно внести ряд ограничений, при помощи которых будет получено минимально оптимальное количество данных с наименьшими искажениями.  Достичь высокую точность с минимальным объемом шума позволит использование аппаратов с фиксированным фокусным расстоянием. В зависимости от снимаемого объекта, отличается и используемое фокусное расстояние (для объекта инфраструктуры – 80 мм). Еще одним фактором, влияющим на точность фотоснимка, является деформация изображения. В настоящее время, в связи с широким распространением цифровой формы записи изображения, фотоснимки хранятся на электронных носителях, благодаря чему процент деформации изображения становится меньше [5].

На этапе создания объемной модели следует подробнее рассмотреть процесс в программном плане. Полученные исходные данные из фотоснимков такие как: высота, угол поворота камеры, долгота и широта, записываются в специальный файл. Далее программное обеспечение анализирует фотоматериалы и находит общие точки на множестве снимков. В результате, каждому пикселю присваивается соответствующая по цвету координата, каждое соответствие становится ключевой точкой (рисунок 1). Главным условием построения точки в пространстве является нахождение ключевой точки на трех и более фотографиях [6]. Чем больше таких точек, тем точнее получаемая модель. Оптимальным считается пересечение от 60 до 80 процентов.

Рисунок 1. Эмблема МАИ с примером расположения ключевых точек при минимальном объеме данных

Пример использования фотограмметрии с 3D визуализацией приведен на рисунках 2 - 6. Программный продукт был написан на языке Pythton с использованием библиотек GradCAM, GradCAMpp, SmoothGradCAMpp, ScoreCAM, SSCAM, ISCAM, LayerCAM. Как модель для визуализации была выбрана эмблема МАИ. По результатам видно, что фотоснимков в количестве 238 недостаточно для четкого изображения, из чего можно сделать вывод о том, что данный метод чувствителен к объему исходных данных.

Рисунок 2. Исходный объект

Рисунок 3. Вид 3D-модели спереди

Рисунок 4. Вид 3D-модели сзади

Рисунок 5. Вид 3D-модели сверху

Рисунок 6. Вид 3D-модели в пространстве

Использование фотограмметрии совместно с BIM-технологиями в ремонте и реконструкции городской инфраструктуры заметно улучшит оценку качества результатов, предоставляемых комиссии, которая выносит окончательный вердикт.

Список литературы:

1. ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»: утвержден Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. № 37-ст: введен в действие с 01 января 2014 г. (актуализирован 01.01.2021 г.) М.: Стандартинформ, 2014 г. [Электронный ресурс] URL: https://meganorm.ru/Index2/1/4293781/4293781963.htm (дата обращения: 04.11.22 г.)
2. Градостроительный кодекс Российской Федерации. Глава 6.2. «Эксплуатация зданий, сооружений», ст 55.24 «Требования законодательства Российской Федерации к эксплуатации зданий, сооружений». [Электронный ресурс] URL: https://fzrf.su/kodeks/grk/st-55.24.php (дата обращения: 04.11.22 г.)
3. Шестопалова О.Л., Шестопалов Р.П. Об интеграции BIM-технологии информационного моделирования зданий с методами фотограмметрии при построении цифровых моделей объектов в архитектурно-строительной отрасли // Т.: Известия тульского государственного университета, 2022 г. С. 138-143
4. Фотограмметрия зданий и сооружений. [Электронный ресурс] URL: https://mosproektkompleks.ru/services/obsledovanie/fotogrammetriya-zdaniy-i-sooruzheniy/ (дата обращения: 05.11.22 г.)
5. Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия. - М.: УПП "Репрография" МИИГАиК, 2008 г. - 160 с.
6. Трехмерная фотограмметрия, или от фотографии к 3D-модели. [Электронный ресурс] URL: https://sapr.ru/article/25136 (дата обращения: 05.11.22 г.)
7. Лобанов А.Н. Фотограмметрия. М.: Недра, 1984, 5П2 с. [Электронный ресурс] URL: http://4du.ru/books/fotogrammetriya/fotogrammetriya_lobanov_a_n.html (дата обращения: 06.11.2022 г.)
8. Лучшие программы для фотограмметрии. [Электронный ресурс] URL: https://yuneecrussia.ru/3d-mapping_update_software (дата обращения: 05.11.2022 г.)
9. Руководство по применению фотограмметрических методов. [Электронный ресурс] URL: https://photogrammetria.ru/117-rukovodstvo-po-primeneniyu-fotogrammetricheskihmetodov.html (дата обращения: 05.11.2022 г.)