7. Zastosowania fotogrametrii naziemnej
Pierwsze zastosowania fotogrametrii naziemnej wynikły z potrzeby opracowania map
trudnodostępnych masywów górskich. W latach sześćdziesiątych rozpoczęło się w Polsce
powszechne jej wprowadzanie do kopalń odkrywkowych. Obecnie stanowi podstawowe
narzędzie dokumentowania zabytków (fotogrametria architektoniczna). Znajduje często
zastosowanie przy pomiarze budowli inżynieryjnych, maszyn i urządzeń przemysłowych oraz
przy badaniu ich odkształceń (fotogrametria inżynieryjno-przemysłowa).
7.1. Fotogrametria inżynieryjno-przemysłowa
Fotogrametria inżynieryjna - stanowiąc uzupełnienie klasycznych metod geodezyjnych - w
wielu przypadkach okazuje się być niezastąpioną, bądz
najwłaściwszą metodą pomiarową.
Wynika to z jej zalet (uwydatniających się zwłaszcza przy pomiarach przemieszczeń).
Najważniejszymi z nich są:
- równoczesność fotograficznej rejestracji wszystkich szczegółów - ważna zwłaszcza przy
badaniach przemieszczeń szybkozmiennych,
- krótki czas prac polowych i przeniesienie większości prac do laboratorium, co sprzyja
staranności pomiarów i zmniejsza koszty,
- dokumentalna wartość fotogramu (nie jest obciążony błędami obserwatora i nie można go
sfałszować),
- brak sygnalizacji punktów kontrolowanych nie stanowi przeszkody i nie obniża znacząco
dokładności pomiaru przemieszczeń (niemożność przewidzenia miejsc wystąpienia
deformacji zmusza geodetów do zakładania i pomiaru dużej liczby punktów
kontrolowanych); wynika z tego kilka innych zalet:
" pierwotne założenia pomiaru deformacji (np. wybór punktów kontrolowanych) można
modyfikować, jeśli obserwacja fotogramów ujawni lokalne odkształcenia,
" można mierzyć elementy niedostępne (z powodu temperatury, wyskiego napięcia, czy
innych zagrożeń),
" w przypadku stwierdzenia błędów, czy konieczności uzupełnień, pomiar można powtórzyć.
Wady metod fotogrametrycznych wynikają z tego, że:
- opłacalność pomiaru fotogrametrycznego jest uzależniona od rozmieszczenia (stopnia
skupienia) kontrolowanych punktów,
- wysoką dokładność pomiaru łatwiej jest osiągnąć za pomocą precyzyjnych instrumentów
geodezyjnych, aniżeli stosując standardową aparaturę fotogrametryczną,
- opracowania fotogrametryczne są bardziej złożone od geodezyjnych.
Wymienione zalety spowodowały, że metody fotogrametrii inżynieryjnej bywają
stosowane w Polsce do pomiarów:
- ugięć elementów nośnych hal, mostów i wiaduktów,
- odkształceń wysokich budowli: kominów, masztów, wież,
- wysoko dokładnych pomiarów kształtu obiektów wielko kubaturowych (zbiorników,
chłodni kominowych), radioteleskopów, statków, oraz rozmaitych urządzeń przemysłowych.
Uwzględniając zalety i wady metod geodezyjnych i fotogrametrycznych można trafnie
dobierać metodykę pomiaru do konkretnych zadań. Decyzja o zastosowaniu fotogrametrii
musi być jednak oparta o analizę dokładnościową (a priori). Można w tym celu posłużyć się
schematem analizy dokładności wcięcia w przód, znając relację między błędem kierunku (mą)
i błędem współrzędnej tłowej (mx), którą określa zależność:
mx
mą = �" /7.1/
ck
74
 Przy odległości obrazowej rzędu 200mm i dokładności pomiaru na zdjęciu rzędu 0,003mm,
dokładność fotogrametrycznego określenia kierunku może być szacowana na 3 . Wychodząc
z tego wskaz
nika dokładnościowego, można przeprowadzić wstępną analizę dokładności
fotogrametrycznego wcięcia w przód.
Wygodny i uniwersalny wzór, pozwalający oszacować a priori dokładność pomiaru
fotogrametrycznego podaje amerykański fotogrametra C. S. Fraser :
mX ,Y ,Z = M �" q �" mx,z /7.2/
gdzie:
M  skala obrazu,
mx,z - błąd określenia współrzędnej tłowej,
q  współczynnik z przedziału: 0,4  2,5, zależny od metody fotogrametrycznej: w
przypadku niekorzystnego  stereofotogrametrycznego wcięcia w przód  2,5, natomiast w
przypadku wielostanowiskowej samokalibracji - 0,4.
Standardowe instrumentarium fotogrametrii inżynieryjnej stanowią: kamera
pomiarowa (normalnokątna, szerokokątna), stereokomparator precyzyjny, komputer.
Nowoczesne instrumentarium uzupełniają: wysokorozdzielcza kamera cyfrowa CCD, stacja
fotogrametryczna, specjalistyczny software.
W ostatnich latach zauważyć można zahamowanie inżynieryjnych zastosowań
fotogrametrii. Składa się na to brak wysokorozdzielczych metrycznych kamer cyfrowych (po
wstrzymaniu produkcji kamer analogowych i przy wysokich cenach klisz), oraz
konkurencyjność prostszych i tańszych metod geodezyjnych. Należy się jednak liczyć z
nadejściem trendu odwrotnego, gdy dostępność kamer cyfrowych wysokiej klasy pozwoli
wykorzystać w pełni możliwości i zalety metod fotogrametrycznych.
7.1.1. Jednoobrazowy pomiar deformacji płaskich
Jeżeli ze stanowiska C (rys. 7.1) wykonamy poziome zdjęcie belki podpartej w dwóch
punktach, to jej nieprostoliniowość (wygięcie) "Z można określić na podstawie pomierzonej
na zdjęciu wielkości "z :
Y
"Z = "z /7.3/
ck
Rys. 7.1. Jednoobrazowa rejestracja deformacji belki - sposób nadania kamerze właściwej
orientacji.
75
Ten jednoobrazowy sposób pomiaru wolno stosować do wyznaczania deformacji jedynie
wtedy, gdy możliwa jest taka orientacja płaszczyzny kliszy, aby wektory przemieszczeń były
do niej równoległe. Mówiąc inaczej, metodę jednoobrazową stosuje się do badania
deformacji płaskich, orientując oś kamery prostopadle do płaszczyzny deformacji. W
praktyce metodę wolno stosować, jeśli istnieje pewność, że składowa przemieszczeń zgodna z
kierunkiem osi kamery jest zaniedbywalnie mała.
Przykładami tego rodzaju zastosowań fotogrametrii są pomiary: galerii nawęglania (w
elektrowniach), dz
wigarów mostów, kontrolne pomiary więzarów dachowych w halach
przemysłowych.
Jeżeli jednak celem pomiarów jest określenie zmiany wygięcia (odkształcenie w
czasie), to wielkość przemieszczenia punktu, które nastąpiło pomiędzy stanem poprzednim i
aktualnym, można określić różnicowo wykonując zdjęcia dwukrotnie, przy identycznej
orientacji zewnętrznej i wewnętrznej. Porównując współrzędne tłowe zdjęć obu stanów
sposobem par czasowych (rys 7.2), mierzymy na stereokomparatorze bezpośrednio różnicę
współrzędnych tłowych jako paralaksę czasową; tu - paralaksę poprzeczną q = zaktualne -
zwcześniejsze.
Rys. 7.2. Para czasowa fotogramów na stereokomparatorze - pomiar paralaks czasowych: p
= xi - x1 , q = zi - z1
Parę czasową tworzą dwa zdjęcia umieszczone w stereokomparatorze w ten sposób, że na
lewym nośniku znajduje się zdjęcie aktualne, zaś na prawym - zdjęcie wcześniejsze (rys. 7.2).
Składowe przemieszczenia punktu obliczamy według wzorów (7.4):
Y
dZ = q
ck
(7.4)
Y
dX = p
ck
gdzie p = xaktualne - xwcześniejsze jest podłużną paralaksą czasową.
W przypadku cyfrowej stacji fotogrametrycznej nie rejestrujemy paralaks, ale współrzędne
tłowe z których możemy (jeśli chcemy) zestawić wartości paralaks czasowych; podstawowa
zaleta metody, polegająca na łatwości identyfikacji pozostaje jednak niezmienna.
Zastosowanie sposobu par czasowych nie wyklucza równoczesnego (niejako  przy
okazji ) określenia stanu aktualnego; paralaksy czasowe mówią o przemieszczeniach, zaś
współrzędne tłowe lewego zdjęcia informują o aktualnych odchyleniach od stanu
teoretycznego, tu - od prostoliniowości i poziomości.
Sposób ten bywa stosowany przy okresowych pomiarach odkształceń więzarów
dachowych hal przemysłowych i innych elementów nośnych. Metody jednoobrazowej nie
ogranicza się do badania przemieszczeń w płaszczyz
nie pionowej; jeśli przemieszczenie
miałoby miejsce w poziomie - np. przy pewnych badaniach modelowych - to określić można
składowe "X i "Y (zamiast "Z i "X).
76
 Metoda par czasowych, która znalazła zastosowanie przy jednoobrazowym określaniu
przemieszczeń, jest stosowana również w metodach wielostanowiskowych. Dlatego też warto
podkreślić zalety tego sposobu:
- umożliwia stosunkowo dokładne określenie przemieszczeń punktów niesygnalizowanych
(ponieważ łatwo jest zidentyfikować ten sam punkt na dwóch zdjęciach tworzących parę
czasową),
- w przypadku zdjęć zbieżnych (z dwóch czy więcej stanowisk) nie ogranicza nas warunek
stereoskopii: ł < 15o (lub: B < Ymin/4); możemy więc stosować geometryczne optimum wcięć
w przód: ł E" 90o , czy generalnie ł = 2Ą : liczba stanowisk.
7.1.2. Jednoobrazowe pomiary wyrobisk podziemnych metodą płaszczyzny światła
Na zasadzie fotogrametrii jednoobrazowej oparta jest metoda rejestrowania przekroi w
płaszczyznach równoległych do zdjęcia. Podstawowym urządzeniem jest puszka z silnym
żródłem światła, która przez pionową szczelinę rzuca dookoła  płaszczyznę światła
(rys.7.3).
Sposób ten bywa wykorzystany do pomiaru przekroi w wyrobiskach podziemnych (tunele,
chodniki górnicze itp.). Kontur który na ociosie wyrobiska zarysowała  płaszczyzna światła
fotografuje się. Po wywołaniu fotogramu  na którym w  płaszczyz
nie światła
zarejestrowały się 4 punkty o znanych współrzędnych X, Z - obraz można przetworzyć
fotomechanicznie i zrysować w przetworniku fotomechanicznym lub w powiększalniku.
Rys. 7.3. Rejestracja poziomego wyrobiska podziemnego metodą  płaszczyzny światła :
urządzenie do rzucania na ocios  płaszczyzny światła (z 4 sygnalikami), zdjęcie wyrobiska
na którym zarejestrowano trzy przekroje, usytuowanie poszczególnych przekrojów.
77
Rys. 7.4. Pomiar szybu kopalnianego metodą  płaszczyzny światła .
Wariantem tego postępowania jest stosowany w czeskich kopalniach sposób pomiaru szybów.
Metoda polega na wykonywaniu zdjęć ściśle pionowych lotniczą kamerą pomiarową,
zawieszoną pod klatką szybową. Niżej zainstalowane jest urządzenie rzucające na ocios lub
obudowę szybu, poziomą płaszczyznę silnego światła (rys 7.4).
W momencie otwarcia migawki następuje błysk światła, rysujący na filmie poziomy przekrój
obudowy wraz z prowadnikami szybowymi i pionami (jeśli są zawieszone). Alternatywnie
stosuje się jedno lub dwa urządzenia oświetlające. Do pomiaru fotogramów używany jest
precyzyjny monokomparator Ascorecord. Odpowiednie oprogramowanie umożliwia
przekształcenie informacji pomiarowych a wyniki są przedstawiane w postaci graficzno-
liczbowej. Podawane są odchyłki ścian obudowy od pionowości, prostoliniowości i
kołowości, zaś prowadników szybowych - od pionowości i prostoliniowości.
O cyfrowym wariancie tej metody będzie mowa w podrozdziale 7.4.1.
7.1.3. Określanie odchyleń od pionowości
Rys. 7.5. Pomiar wychylenia słupa - obserwacja punktów 1l, 1p ...jl, jp.
Pomiary wychyleń od pionu wysmukłych budowli (kominy, wieże wiertnicze i
kopalniane, słupy, maszty) stanowią przedmiot częstych prac geodetów. Wynika to z faktu, że
78
pionowość jest podstawowym warunkiem funkcjonowania tych budowli i żadna ekspertyza
budowlana, zezwalająca na kontynuację eksploatacji, nie może się obejść bez danych na
temat kształtu (w odniesieniu do pionu).
Pomiar ma określić składowe dX i dY poziomego wektora dW (rys. 7.5). Zdjęcia
wykonuje się zazwyczaj z 2 - 3 stanowisk odpowiednio rozmieszczonych względem obiektu;
dwa stanowiska dopuszcza się w przypadku pomiaru wychyleń w wielu (j) poziomach. Na
podstawie pomierzonych na zdjęciach wielkości "x (rys. 7.5) można obliczyć składowe
wychylenia dX i dY z równań poprawek:
a dX - b dY + "x = v (7.5)
"Y �" ck "X �" ck
gdzie: a = b =
2 2
d �" cos2 ł d �" cos ł
"X = XP - Xstanowiska , "Y = YP - Ystanowiska , d - odległość.
W przypadku dwóch stanowisk (nr 1 i 2) zależność (7.5) przyjmie postać macierzową:
Ą#"X 2 �" d12 cos2 ł 1 - "X1 �" d2 2 cos2 ł 2 ń#
�" �"
ó# Ą#
dX "x1
Ą# ń# Ą# ń#
a a
= ó# Ą# �" /7.6/
ó#dY Ą# ó#"x Ą#
"Y2 �" d12 �" cos2 ł - "Y1 �" d2 2 �" cos2 ł
Ł# Ś# ó# Ą#
1 2 Ł# 2 Ś#
ó# Ą#
Ł# a a Ś#
gdzie: a = ck ("X1 . "Y2 - "X2 . "Y1 ).
W przypadku pomiarów okresowych zmian wychyleń (np. słupów podsuwnicowych)
warto stosować metodę par czasowych, bo jeśli w jakimś momencie któryś słup zostanie
częściowo przesłonięty (np. przysypany), to niemożność przewidzenia tego faktu
dyskwalifikuje wykonany wcześniej pomiar geodezyjny; nie stwarza to natomiast problemu
przy zastosowaniu metody par czasowych. Wysoka dokładność określania zmian wychyleń,
której osiągnięcie umożliwia sposób par czasowych, pozwoliła stosować go z powodzeniem
w trakcie okresowych obserwacji kopalnianych wież wyciągowych.
7.1.4. Badanie odkształceń wież wiertniczych w trakcie próbnych obciążeń.
Wieża wiertnicza stanowi element urządzenia wiertniczego. Decyduje ona o udz
wigu
przewodu wiertniczego, a zatem również o dopuszczalnej głębokości wiercenia. Prawidłowy
rozkład naprężeń w elementach wieży jest podstawowym warunkiem bezawaryjnej,
długotrwałej eksploatacji. Do podstawowych informacji, na których oparte są analizy
wytrzymałościowe, należą wielkości odkształceń wywołanych próbnym obciążeniem.
Najwłaściwszą metodą określania przemieszczeń węzłów konstrukcyjnych wieży okazała się
fotogrametria.
W trakcie badań wieża może być obciążana w sposób naturalny - przewodem
wiertniczym wpuszczonym głęboko w ziemię, albo sztucznie - za pomocą siłownika; są to
obciążenia rzędu 50 - 100 ton. Wieżę fotografuje się z dwóch stanowisk w 3 - 5 stanach (w
tym zawsze: przed obciążeniem, po obciążeniu i po odciążeniu), zachowując tę samą
orientację kamer. Przed kamerami ustawia się sygnały punktów kontrolnych, stanowiących
podstawę korekcji błędów niezachowania stałej orientacji kamer (rys. 7.6). Rejestracje z obu
stanowisk wykonuje się równocześnie.
79
Rys. 7.6. Fotografowanie wieży wiertniczej w trakcie obciążeń próbnych
Rys 7.7. Rezultaty badania odkształceń wieży (w 6 stanach).
Fotogramy mierzy się w stereokomparatorze precyzyjnym, lub w cyfrowej stacji
fotogrametrycznej, określając metodą par czasowych przemieszczenia kilkudziesięciu
punktów (rys 7.7). Składowe przemieszczeń oblicza się według wzoru 7.6. Porównanie stanu
pierwotnego z końcowym informuje o tym, czy obciążenie spowodowało odkształcenia
sprężyste czy też plastyczne. Stwierdzone deformacje poszczególnych elementów są
porównywane z odkształceniami normatywnymi. Ekspertyza określa aktualny stan wieży i jej
dopuszczalny udżwig eksploatacyjny.
7.1.5. Wyznaczanie parametrów lin odciągowych
Pomiary wież i masztów często uzupełnia się badaniami naprężeń lin odciągowych a czasem
również niektórych parametrów geometrycznych. Określanie i korekcja naprężeń w oparciu o
wskazania dynamometru stwarza bowiem poważne trudności techniczne, a dokładność
innych, stosowanych do tego celu przyrządów, jest niewielka. Obserwacja liny pozwala
określić jej parametry; stosuje się do tego metodę geodezyjną lub fotogrametryczną.
Fotogrametryczne badanie lin stwarza jednak lepsze warunki badania naprężeń, jest bowiem
oparte o równoczesną  obserwację wszystkich punktów liny, a zazwyczaj także całej wieży.
80
Z
z g
d
x
X
Rys.7.8. Krzywa łańcuchowa w układzie matematycznym (x, z) i terenowym (X, Z).
Lina ciężka, elastyczna, swobodnie wisząca, przyjmuje kształt krzywej łańcuchowej
(katenoidy). Kluczowy dla określenia sił napięcia liny jest parametr krzywej łańcuchowej - k
(rys. 7.8), występujący w równaniu krzywej łańcuchowej:
x - x
�# ś#
k x
ś#e k k ź#
z = + e = k �" cosh /7.7/
ś# ź#
2 k
�# #
Ponieważ - zgodnie z rys. 7.8:
x = X - a
z = Z - b
więc można napisać:
X -a -(X -a)
�# ś#
k X - a
ś#e k + e k ź#
Z - b = = k �" cosh
ś# ź#
2 k
�# #
/7.8/
Jeżeli obliczymy niewiadomą  k z równań typu 7.7 (minimum trzech), to możemy
określić poszukiwane siły napięcia liny i ich składowe (poziome i pionowe):
FdX = FgX = k q
FgZ = k q md /7.9/
FgZ = k q mg
We wzorach tych md i mg oznaczają współczynniki kierunkowe stycznych do liny w
punktach: dolnym - d i górnym - g, zaś q - ciężar 1 metra liny.
81
Rys 7.9. Fotogrametryczne zdjęcie pionowe (nieprostopadłe do płaszczyzny liny) i elementy
przekształcenia przez obrót
Fotogrametryczne określenie współrzędnych X i Z, występujących w równaniach typu
7.8, wynika z rysunku 7.9. Zgodnie z zasadami transformacji przez obrót (podrozdział 4.5)
możemy obliczyć przestrzenne współrzędne tłowe punktów a następnie ich współrzędne
terenowe X i Z :
xt x
Ą# ń# Ą# ń#
ó#y Ą# ó#c Ą#
= A �" /7.10/
t k
ó# Ą# ó# Ą#
ó# Ą# ó# Ą#
z
Ł#zt Ś# Ł# Ś#
gdzie macierz obrotu
cosą - siną 0
Ą# ń#
ó#siną cosą 0Ą#
A = /7.11/
ó# Ą#
ó# Ą#
0 0 1Ś#
Ł#
Znając Yliny (zgodnie z rys. 7.9 - odległość do płaszczyzny liny) możemy obliczyć
współrzędne występujące w równaniu /7.8/:
Yliny
X = xt
yt
/7.12/
Yliny
Z = zt
yt
7.1.6. Pomiary wielkokubaturowych budowli powłokowych
Hale przemysłowe i widowiskowe, chłodnie kominowe, czy zbiorniki gazu - to typowe
obiekty wielkokubaturowe, do których pomiaru z powodzeniem stosuje się metodę
fotogrametryczną.
82
 Hale fabryczne i widowiskowe cechuje duża rozpiętość i znaczna wysokość
powierzchni dachowej. W halach fabrycznych ustawiane są maszyny do produkcji, obróbki
czy montażu. Często instalowane są suwnice. Stateczności hal mogą zagrażać: osiadanie
terenu, obciążenia dachu (śniegiem i pyłem), wibracje wywołane pracą maszyn, turbin czy
wielkich wentylatorów (w elektrowniach węgla brunatnego). Hale podlegają okresowym
pomiarom kontrolnym. Fotogrametria okazuje się doskonałą metodą, zarówno ze względu na
trudne warunki, czy zagrożenie życia wykonujących pomiary (np. w halach elektrowni), jak i
dzięki stosunkowo dobrym wynikom pomiaru skomplikowanej siatki mierzonych punktów
(jak to bywa w przypadku dużych hal widowiskowych). Do pomiaru dachowych konstrukcji
hal widowiskowych (kuliste, walcowe, itp) bywa stosowana metoda terrotriangulacji (wariant
aerotriangulacji).
Chłodnie kominowe  wielkokubaturowe urządzenia niezbędne dla funkcjonowania
elektrowni  mają za zadanie chłodzenie wody krążącej w obiegu zamkniętym. Wśród
chłodni kominowych o większych rozmiarach najbardziej rozpowszechnione są chłodnie
hiperboloidalne; umożliwiają one osiągnięcie dobrych efektów eksploatacyjnych przy
ograniczonym zużyciu materiałów konstrukcyjnych. Najczęściej są to budowle żelbetowe.
Szczególna konstrukcja, oraz warunki pracy tych wysokich budowli (zazwyczaj ponad 100
metrów) powodują, że zarówno przed oddaniem do eksploatacji, jak i w jej trakcie, są
starannie mierzone ich odchyłki projektowe. Charakterystyczną cechą tych obiektów jest
stosunkowo mała grubość muru (kilkadziesiąt centymetrów  zmniejszające się z
wysokością), wobec ogólnych  znacznych rozmiarów chłodni. Jest to możliwe w przypadku
tzw . budowli powłokowych - zaprojektowanych w kształcie brył obrotowych (stożki, walce,
hiperboloidy). Konieczne jest jednak wtedy bardzo dokładne zachowanie projektowych
wymiarów; odstępstwa budowniczych od założonej przez projektantów technologii czy od
kształtu i wymiarów były przyczyną wielu katastrof.
Rys. 7.10. Chłodnia kominowa i strefy uszkodzeń związanych z eksploatacją: a - oblodzenia
zimą, wodorotlenek wapnia od wewnątrz, b - uszkodzenia, nacieki, dziury, od wewnątrz
wodorotlenek wapnia (w 1/4 wysokości).
Odstępstwa powłoki chłodni od kształtu projektowego są wynikiem wpływu
rozmaitych czynników i zjawisk występujących zarówno w trakcie jej wznoszenia, jak i w
czasie eksploatacji:
- niedokładności geodezyjnych pomiarów realizacyjnych,
- wpływu wiatru i zmian termicznych w trakcie budowy,
- nierównomiernego osiadania chłodni,
- wpływu obciążenia urządzeniami montażowymi,
83
- odkształceń i uszkodzeń eksploatacyjnych,
- dobowych odkształceń związanych z nasłonecznieniem i wiatrem.
Pomiar kształtu chłodni hiperboloidalnej ma dostarczyć informacji o odchyłkach
projektowych - odchyleniach od projektowej hiperboloidy obrotowej, albo o odkształceniach
obiektu. Okresowe pomiary kontrolne powłoki chłodni kominowej często są wykonywane
metodami fotogrametrycznymi.
Dla uzyskania wysokiej dokładności pożądana jest sygnalizacja punktów kontrolowanych,
aczkolwiek ślady szalunku pozostawionego przez budowniczych umożliwiają obieranie i
pomiar naturalnych szczegółów na powierzchni chłodni. Szczególnie przydatna jest przy
badaniu odkształceń metoda par czasowych. Niezbędne są geodezyjne pomiary punktów
kontrolnych. Przemieszczenia punktów są określane z dokładnością rzędu 10 mm.
Pomijając zasady geodezyjnej obsługi wznoszenia chłodni, omówimy skrótowo
metodykę wyznaczania odchyłek projektowych  pomiaru wykonywanego przed oddaniem
obiektu do eksploatacji i ponawianego okresowo w celu wykrycia przemieszczeń i
odkształceń. Pośród stosowanych metod pomiarowych wyróżnia się dwa podejścia: pomiar
widocznych na tle nieba konturów widocznych na tle nieba (ze stanowisk otaczających
chłodnię, np. metodą  otaczających stycznych ), lub pomiar punktów kontrolowanych na
powierzchni płaszcza chłodni  sygnalizowanych lub nie. Wynikiem pomiaru są informacje o
odstępstwach od projektowej hiperboloidy  o pionowej osi i założonych wymiarach.
Metoda otaczających stycznych jest oparta na pomiarze kierunków do punktów
widocznego na tle nieba zarysu chłodni; nie wymaga więc sygnalizacji punktów
kontrolowanych. Jest ona stosowana do pomiaru obiektów, których punkty można
aproksymować równaniami drugiego stopnia. W tym miejscu trzeba uprzytomnić sobie
następujące fakty:
- widoczny na tle nieba zarys chłodni jest krzywą przestrzenną (nie leży w płaszczyżnie
pionowej),
- pionowy przekrój zewnętrznej powierzchni chłodni nie jest hiperbolą projektową, bowiem:
� kształt hiperboli projektowej  realizowanej przez wykonawców budowli posiadać ma
powierzchnia wewnętrzna (niewidoczna dla mierzącego z zewnątrz),
� zgodnie z przyjętą technologią budowy, żelbetowa powłoka chłodni składa się (de
facto) z około stu stożków ściętych  zazwyczaj o wysokości 1,20 metra każdy.
Pomiar punktów obranych na całej powierzchni sprowadza się do określenia ich
współrzędnych przestrzennych:
- metodą biegunową  na przykład. przy zastosowaniu tachimetru bezzwierciadlanego
[Waliszko 2002], nie wymagającego sygnalizowania mierzonych punktów,
- metodą przestrzennych wcięć w przód punktów sygnalizowanych plamką lasera, albo
zaznaczonych trwale na powierzchni chłodni.
W drugim przypadku stosować można zarówno wcięcia kątowe jak i fotogrametryczne;
można stosować również fotogrametryczny wariant metody otaczających stycznych. Na ogół
uważa się za wystarczającą dokładność pomiaru rzędu 10 mm.
7.2. Fotogrametria w górnictwie odkrywkowym
Fotogrametria naziemna została wprowadzona do polskich kopalń odkrywkowych jako
metoda pozwalająca szybko opracowywać i aktualizować mapy wyrobisk, określać objętość
wydobytych mas ziemnych i skalnych, a także badać osuwiska. Aktualne i wiarygodne
informacje o stanie robót są niezbędne do ich planowania i rozliczania.
Mapy kopalń odkrywkowych często są opracowywane fotogrametrycznie; była o tej
metodzie mowa w podrozdziale 3.4. Drugie, ważne zastosowanie znalazła fotogrametria przy
84
pomiarze osuwisk; podstawową zaletą jest w tym przypadku możliwość określania
przemieszczeń bez konieczności posyłania pomiarowych na zagrożony teren. Śledzenie
przemieszczeń mas ziemnych w okresach wieloletnich bywa oparte o porównanie map
warstwicowych z różnych okresów, ale pomiary osuwisk i monitorowanie zboczy
osuwiskowych częściej są oparte o określanie przemieszczeń punktów kontrolowanych
(sygnalizowanych bądz
naturalnych). Wektory przemieszczeń tych punktów, czy też inne
graficzne prezentacje ukazujące rozkład przemieszczeń (np. izolinie), mogą stanowić materiał
do dalszych ekspertyz i analiz. Do pomiaru przemieszczeń na zdjęciach często jest stosowana
metoda par czasowych, zaś do obliczania składowych wektorów przemieszczeń stosuje się
rozmaite metody analityczne.
Do określania kubatur ziemnych mas nadkładu, wydobytej kopaliny, czy zwałowanej
ziemi stosowano metody: siatki poziomej (rys. 7.11) i siatki pionowej. Polegają one na
pomiarze tych samych punktów siatki kwadratów, na kolejnych stereogramach,
wykonywanych co pewien okres czasu - z tych samych stanowisk, przy zachowaniu tej samej
orientacji zdjęć.
Metoda siatki poziomej zakłada określanie - na podstawie kolejnych stereogramów -
zmian wysokości w punktach rozmieszczonych w narożach poziomej siatki kwadratów (rys.
3.11). Wykonując pomiar na stereokomparatorze, położenie dowolnego naroża siatki (X, Y)
można znalez
ć nastawiając obliczone: paralaksę podłużną p i współrzędną tłową x :
X �" ck b �" ck
x'= p = /7.12/
Y Y
Wzory powyższe wynikają z przekształcenia wzorów 1.3.
Rys. 7.11. Siatka pozioma w układzie stereogramu normalnego.
Mierząc okresowo współrzędne tłowe z - za każdym razem w tych samych punktach -
można określać wysokości terenowe w kolejnych stanach: Z1, ....Zi. Objętość materiału
zdjętego na polu jednego kwadratu (o boku a) można obliczyć:
v = a2 . ( Zi - Z1)śr = a2 . "Zśr
Objętość całkowitą na obszarze objętym pomiarem oblicza się według wzoru:
[r �" "Z]
V = Łv2 = �" s /7.13/
[r]
85
gdzie:
r - waga (z przedziału 1-4) zależna od liczby kwadratów przylegających do danego naroża
siatki,
s - powierzchnia objęta siatką kwadratów.
Metoda siatki pionowej stanowi wariant opisanego sposobu, dostosowany do eksploatacji
ścianowej. Naroża siatki nie są tym razem określane płaskimi współrzędnymi terenowymi, ale
współrzędnymi tłowymi (x , z ), natomiast mierzy się - dla poszczególnych stanów -
paralaksy podłużne: p1 ....pi. W przypadku pomiaru autogrametrycznego nastawia się
bezpośrednio i odczytuje - współrzędne terenowe.
Znaczne uproszczenie daje wykorzystanie autografu lub fotogrametrycznej stacji
cyfrowej. Najbardziej uniwersalnym jest rozwiązanie opisanego problemu oparte o
numeryczny model terenu. Spośród proponowanych przez oprogramowanie  Sufer
możliwości interpolacji siatki GRID, w praktyce stosuje się głównie dwie metody:
- triangulacji (triangulation /linear interpolation),
- krigingu.
W przypadku powierzchni bardziej regularnych należy stosować metodę  kriging , natomiat
tam, gdzie ta regularność jest zaburzona gwałtownymi uskokami terenu, należy stosować
metodę triangulacji, polegającą na łączeniu wszystkich punktów w siatkę trójkątów i
interpolacji między nimi, przy czym wartości pikiet po interpolacji zostają zachowane. W
przypadku metody  kriging wygładzenie powierzchni wynikające z zastosowanej funkcji
może zmieniać wartość współrzędnej  z mierzonych punktach (celem bardziej  gładkiego
wpasowania).
7.3. Fotogrametria architektoniczna
Rewaloryzacja a nawet zabezpieczanie zabytku architektonicznego rozpoczyna się od
dokładnego udokumentowania stanu istniejącego. Sposobem pozwalającym najlepiej spełnić
wysokie wymagania konserwatorów zabytków jest fotogrametria. Zdjęcia spełniają tu
podwójną funkcję: podstawowego materiału do opracowania kartometrycznego oraz
dokumentu fotograficznego.
Do podstawowych składników dokumentacji zabytku architektury należą następujące
plany i mapy:
- rzut poziomy - jako przekrój kondygnacji na pewnej wysokości - np. 1,2 m ; na ten rysunek
(wykreślony grubą kreską) wnosi się kontury sklepienia,
- przekroje pionowe, wykonywane w charakterystycznej płaszczyz
nie (np. amfilada drzwi);
na taki rysunek (wykreślony grubą kreską) wnosi się rzuty boczne konturów okien, ścian itp.,
- elewacje - plany ścian zewnętrznych  często mapy fotograficzne,
- dokumentacja więz
by dachowej - na ogół mierzona bezpośrednimi metodami geodezyjnymi.
Czasem ta podstawowa dokumentacja jest rozszerzana. Stosuje się skale 1:50, 1:100, 1:200;
detale opracowuje się w skali większej - 1:10, 1:20.
Zdjęcia pomiarowe wykonuje się w sposób ułatwiający opracowanie planów jako
rzutów na określoną płaszczyznę. Dlatego staramy się orientować zdjęcia w taki sposób, aby
osie kamer (wyznaczające kierunek osi Y) były prostopadłe do umownej pionowej
płaszczyzny rzutowania. Jeżeli obiekt ma wyraz
ne prostoliniowe zarysy i kształt prostokątny,
to sposób przyjęcia tej płaszczyzny jest oczywisty. Właściwą orientację możemy nadać
zdjęciom w sposób pokazany na rys. 7.12.
86
Rys. 7.12. Orientacja kamery do wykonania zdjęć elewacji.
Dla inwentaryzowanego obiektu należy przyjąć i dokładnie pomierzyć osnowę
główną. Będzie ona wykorzystana do pomiaru stanowisk kamer, stanowisk geodezyjnych (do
uzupełniających pomiarów bezpośrednich), punktów kontrolnych. Punkty kontrolne należy
sygnalizować w sposób umożliwiający ich usunięcie bez szkody dla obiektu - trzeba to
uzgadniać z konserwatorem. Wykonawcą pomiarów terenowych powinien być fotogrametra;
zdając bowiem sobie sprawę z zakresu i możliwości przyszłego, kameralnego opracowania
fotogrametrycznego, wykonuje geodezyjnie tylko niezbędne pomiary uzupełniające.
Kameralne opracowanie dokumentacji wykonuje się autogrametrycznie; plany
elewacji można opracowywać metodą przetwarzania ortofotoskopowego lub
fotomechanicznego; czasem dokumentację płaskich szczegółów wykonuje się sposobem
przetwarzania graficznego (podrozdział 5.1).
Fotogrametria cyfrowa umożliwia opracowanie dokumentacji obiektu zabytkowego
na podstawie archiwalnych zdjęć niemetrycznych. Przykład takiego postępowania stanowi
opracowanie rekonstrukcji budynku odwachu na krakowskim Rynku na podstawie zdjęć
archiwalnych [R. Tokarczyk, M. Brodzińska, 2004]; ilustruje to tablica wywieszona w
Zakładzie Fotogrametrii i Informatyki Teledetekcyjnej.
Fotogrametria bywa stosowana do dokumentowania znalezisk archeologicznych i
eksponatów muzealnych; stosowane są zarówno techniki analogowe jak i cyfrowe.
7.4. Cyfrowa fotogrametria bliskiego zasięgu
Metody fotogrametrii analogowej nie zawsze spełniają wysokie wymagania stawiane
pomiarom inżynieryjnym. Ich niedostatkami są: znaczna czasochłonność, niepodatność na
automatyzację ( ręczny pomiar punktów na zdjęciach), kosztowność przyrządów
pomiarowych, nieporęczność ciężkich kamer pomiarowych. Problemy te pozwala rozwiązać
 aktualnie bądz
perspektywicznie - fotogrametria cyfrowa.
7.4.1. Cyfrowa technologia pomiaru przekrojów podziemnych.1
Opisana w podrozdziale 7.1.2 metodyka rejestracji i przetwarzania obrazów przekroi
podziemnego wyrobiska (przy wykorzystaniu  płaszczyzny światła ) stwarza nową jakość
1
Opracowano na podstawie: J. Bernasik, M. Ziajka:  Pomiary przekroi wyrobisk podziemnych metodami
fotogrametrii cyfrowej (oddane do druku w  Zeszytach Naukowych AGH, s. Geodezja . Kraków 2004 )
87
przy zastosowaniu fotogrametrii cyfrowej. Powyżej opisane metody pomiaru przekrojów
podziemnych dawały zadawalające wyniki, jednak wiązały się z długotrwałymi pracami
kameralnymi. Rejestracja kamerą cyfrową i cyfrowe przekształcenie obrazu nie tylko
upraszcza i skraca procedury pomiarowe, ale i otwiera szereg nowych możliwości.
Rejestrację kamerą cyfrową można wykonywać w pełni automatycznie, lub
wprowadzając własne parametry fotografowania, jednak ze względu na specyficzne warunki
(zdjęcie wykonuje się w ciemności a jedynym z
ródłem światła jest żaróweczka zamknięta w
metalowej puszce) wskazane jest stosowanie kilkusekundowego czasu naświetlania.
Rys. 7.13. Urządzenie rzucające na ocios  płaszczyznę światła projekt: J. Bernasik,
wykonanie: Z. Starek): w okrągłej puszce umieszczona jest silna żarówka, której światło
rzucane przez szczelinę jest widoczne jako przekrój pionowy na ociosie wyrobiska. Cztery
sygnaliki stanowią podstawę rzutowego przetworzenia sfotografowanego obrazu. Libela
pudełkowa i celownik umożliwiają odpowiednie zorientowanie przekroju świetlnego.
Urządzenie, które rzuca na ocios  płaszczyznę światła pokazano na rysunku 7.13.
Znane są wymiary metalowej ramki, a tym samym określone współrzędne czterech jej
narożników w przyjętym układzie odniesienia. Zamontowana przy stojaku libelka umożliwia
ustawienie urządzenia w pionie i zcentrowanie nad wybranym punktem, zaś celownik
przeziernikowy umożliwia zorientowanie kamery zgodne z osią wyrobiska.
Próby pomiarowe przeprowadzono w kopalni doświadczalnej AGH w Krakowie.
Zdjęcia rejestrowano przy użyciu kamery cyfrowej KODAK DCS260. Światłoczuła matryca
CCD tej kamery zapewnia maksymalną rozdzielczość 1536 x 1024 pikseli. Zastosowany
obiektyw daje możliwość zmiany ogniskowej (w zakresie 38mm  115mm). Aparat rejestruje
zdjęcia w formacie JPEG.
Urządzenie oraz kamerę ustawiano w osi chodnika kopalnianego. Zdjęcia nie miały
znanych elementów orientacji wewnętrznej i zewnętrznej. Tak zarejestrowany obraz należy
przetworzyć rzutowo, w oparciu o znane współrzędne naroży ramki, wyraz
nie
odfotografowane na zdjęciu. Do tego celu wykorzystano program MicroStation, a dokładnie
jego nakładkę  IrasC (funkcja Image to Map) (rys.7.14).
88
a) b)
Rys. 7.14. Rejestracja pionowego przekroju podziemnego korytarza metodą płaszczyzny
światła: a) obraz oryginalny - widoczne 4 sygnały stanowią podstawę rzutowego
przekształcenia obrazu, b) obraz po przekształceniu rzutowym
Na tak przygotowanym zdjęciu (rys.7.14.b.) można było wykonać pomiary przekroju
poprzecznego chodnika; zdjęcia mierzono na autografie cyfrowym VSD, co pozwoliło na
uzyskanie współrzędnych mierzonych punktów bezpośrednio w przyjętym układzie
odniesienia. Innym rozwiązaniem jest (jeszcze w MicroStation) wektoryzacja profilu.
Wyniki mogą być prezentowane w postaci współrzędnych określonych punktów, bądz
też w
formie odchyłek od przekroju teoretycznego w mierzonych punktach (rys. 7.15). Możliwy
jest również bezpośredni wydruk przekroju (z MicroStation, w dowolnej skali) wraz z
nałożonym jego teoretycznym kształtem, jak przykładowo pokazano na rys. 7.16.
a) b)
Rys. 7.17. Transformacja rzutowa zdjęcia w MicroStation: a) przygotowanie danych,
b) wynik transformacji  informacje o dokładności
a) b)
Rys. 7.18. Przykład pomiaru odchyłki przy wykorzystaniu VSD (linia czerwona  przekrój
teoretyczny, linia niebieska  różnica między przekrojem teoretycznych a pomierzonym) 
89
rys. a; rys. b  wizualizacja teoretycznego przekroju wyrobiska na mierzonym zdjęciu
(czerwoną linią)
Jak dowodzą przeprowadzone próbne pomiary podziemnego tunelu [Trela, Stój 2003],
porównanie opisanej metodyki z metodą geodezyjną (tachimetr elektroniczny) dowodzi
porównywalnej dokładności, przy znaczącym zmniejszeniu pracochłonności (rys. 7.17).
Rys. 7.17. Wektoryzacja przekroju podziemnego tunelu (wg. [Trela, Stój, 2003]; widoczny
jest czteropunktowy szablon i osoba trzymająca urządzenie w trakcie rejestracji.
Idea pomiaru przekroi podziemnych przy zastosowaniu  płaszczyzny światła da się
w przyszłości efektownie (i efektywnie) rozwinąć. Rejestracja cyfrową kamerą
współpracującą on-line z odpowiednio oprogramowanym note-bookiem (MicroStation, VSD)
umożliwi określanie odchyłek projektowych  pomiędzy projektową skrajnią 
wizualizowaną jako  warstwa tematyczna VSD a obrazem wydrążonego przekroju tunelu
(czy wyrobiska). Dalszym rozwinięciem tej koncepcji może być rejestracja cyfrową kamerą
video  z jadącego  pociągu : w trakcie ciągłej rejestracji przekroi wyrobiska, system
śledzący będzie informować o miejscach występowania i rozmiarach odchyłek projektowych,
zaś siedzący przy laptopie operator będzie informować o tym budowniczych.
Metoda numeryczna, polegająca na automatycznym rejestrowaniu mierzonych
punktów do NMT pozwala na gromadzenie danych pozwalających utworzyć numeryczny
model wyrobiska.
7.4.2. Automatyzacja określania naprężeń lin odciągowych na drodze analizy obrazów
cyfrowych2*
Wadą pośrednich metod pomiarów lin jest rozciągnięcie w czasie procedury korekcyjnej.
Jeżeli bowiem pomiar ma stwarzać możliwość skorygowania błędów naprężeń wszystkich lin
masztu, to wartości naprężeń powinno się określać szybko a najlepiej w czasie  prawie
rzeczywistym . Wyznaczone poprawki naprężenia powinny mówić o ile należy skrócić (lub
wydłużyć) każdą z lin, aby przy normatywnych ich naprężeniach obiekt był pionowy. O ile
procedura zautomatyzowanego określania poprawek korekcyjnych jest zadaniem
mechaników, to zautomatyzowane określanie parametrów lin zostało rozwiązane przy
wykorzystaniu fotogrametrii cyfrowej.
2
GRANT KBN; wykonawcy: J.Bernasik, W.Mierzwa, A.Boroń, J.Cieślar, S.Mikrut, R.Tokarczyk, L.Kolondra
90
 Automatyzacja opisanego zagadnienia pomiarowego była w latach 1999-2001
przedmiotem badań których efektem jest fotogrametryczny system pomiarowy pozwalający
określać naprężenia lin w czasie prawie rzeczywistym. Umożliwia on automatyczny pomiar
kształtu lin odciągowych wysokich masztów i stalowych kominów a następnie - określenie sił
naciągu lin. System działa w czasie prawie rzeczywistym, co oznacza, że w ciągu kilku minut
od dokonania rejestracji można odczytać składowe sił wywieranych przez linę na punkty
zaczepienia. Podstawowymi komponentami systemu są: kamera cyfrowa o wysokiej
rozdzielczości, oprogramowanie systemu i komputer klasy note-book. Zastosowanie do
rejestracji obiektu kamery cyfrowej sprzężonej z komputerem w trybie on-line umożliwia
natychmiastowe komputerowe opracowanie zarejestrowanego obrazu cyfrowego.
Oprogramowanie realizuje następujące zadania:
- przetworzenie obrazu cyfrowego do postaci najdogodniejszej dla pomiaru automatycznego,
- pomiar punktów dostosowania niezbędnych do transformacji współrzędnych obrazu
cyfrowego do układu terenowego,
- automatyczny pomiar punktów obrazu liny z dokładnością pikselową,
- obliczenie współczynników transformacji rzutowej lub bezpośredniej transformacji rzutowej
(DLT),
- przeliczenie współrzędnych punktów z układu obrazu liny na układ terenowy,
- aproksymację punktów liny krzywą łańcuchową,
- obliczenie składowych sił naciągu liny, oraz parametrów pozwalających na oszacowanie
dokładności uzyskanych wyników.
Rys. 7.18. Zarejestrowany kamerą cyfrową Kodak DCS 760 obraz liny wraz z punktami
stanowiącymi podstawę przekształcenia rzutowego: dwa - to punkty zaczepienia liny, trzeci 
to sygnał na statywie, czwarty został zaznaczony na trzonie komina
Istotą algorytmu wykrywania liny na obrazie cyfrowym jest na aproksymacja obrazu liny
funkcją odwrotną do paraboli. Sposób obliczania współczynników przekształcenia rzutowego
płaszczyzny obrazu na płaszczyznę liny jest oparty na transformacji rzutowej płaskiej lub
DLT. Porównanie wyników uzyskiwanych tą metodą z wynikami uzyskanych innymi
sposobami pośrednimi (geodezyjnym i analogowo-cyfrowym) świadczy o pełnej poprawności
działania systemu; czas dostarczenia wyników nie przekracza 5 minut.
Prace polowe mają na celu - przede wszystkim - pomiar współrzędnych X i Z co
najmniej 4 punktów dostosowania, obranych lub zasygnalizowanych w pionowej
płaszczyz
nie liny (rys. 7.18). Rejestracja wysokorozdzielczą kamerą cyfrową umożliwia
dokonanie wstępnej analizy obrazu liny - zwizualizowanej na ekranie note-booka, zaś po
91
uruchomieniu procedury automatycznego pomiaru i obliczeń - odczytanie wyznaczanych
parametrów liny.
Rys. 7.19 Aksonometryczna interpretacja cyfrowego zapisu zarejestrowanej liny; na osi
pionowej odłożono wartości pikseli
Rys.7.20. Obraz cyfrowy fragmentu liny; wskazane są piksele zaliczone do liny w trakcie
wstępnej, automatycznej selekcji.
7.4.3. Automatyzacja pomiaru budowli inżynierskich
Pomiary hal przemysłowych obejmują wachlarz badań. Do fotogrametrycznego
wyznaczania ugięć dz
wigarów dachowych stosujemy metodę jednoobrazową - jako
szczególnie przydatną do pomiarów przemieszczeń płaskich. Ponieważ metoda
jednoobrazowa zakłada stałość współrzędnej Y (prostopadła do płaszczyzny dz
wigara),
zdjęcia pomiarowe wykonuje się każdorazowo z tych samych stanowisk w taki sposób, aby
płaszczyzny klisz były równoległe do płaszczyzny przemieszczeń. Tak wykonane zdjęcia
92
umożliwiają określanie wektorów przemieszczeń płaskich, jeśli znane są elementy orientacji
wewnętrznej kamery pomiarowej, oraz odległość kamery od mierzonego więzara.
Zdjęcia cyfrowe stanowią rezultat wysokorozdzielczego skanowania fotogramów
wykonanych długoogniskową kamerą pomiarową (np. Photheo 19/1318). Aktualny materiał
pomiarowy porównuje się ze stanem pierwotnym  sprzed kilku lat. Do określenia zmian
ugięcia stosuje się metodę par czasowych (pseudostereogramów).
Danymi wejściowymi do obliczeń odkształceń mogą być pomierzone  ręcznie
współrzędne tłowe i obliczone na ich podstawie paralaksy czasowe. Pomiar  ręczny można
wykonać w cyfrowej stacji fotogrametrycznej VSD AGH
Do automatycznego pomiaru można wykorzystać oprogramowanie  Feature
Extraction Software umożliwiające automatyczne wykrywanie obiektów liniowych, opisane
w rozprawie doktorskiej [Mikrut S., 2003]. Program aktualnie jest modyfikowany i
przystosowywany do różnorodnych celów. Po wczytaniu obrazu, program dokonuje
automatycznego filtrowania obrazu wejściowego wykorzystując operator filtrujący Laplace a.
Pozwala to na wyznaczenie miejsc przecięcia się ilorazu różnicowego obrazu cyfrowego z
osią X, co z kolei pozwala aproksymować miejsca przebiegu linii krawędziowej badanego
dz
wigara. Istotą jego działania jest wyszukiwanie na krawędziach obiektów liniowych
położenia pikseli granicznych  krawędziowych (miejsc przegięcia) z podpikselową
dokładnością. Po takiej analizie, kolejnym krokiem jest aproksymacja szukanej krawędzi
obiektu linią prostą (lub inna krzywą). Po dokonaniu obliczeń statystycznych program
wizualizuje wektorem poszukiwaną linię krawędziową. Wizualna ocena pozwala stwierdzić
efektywność użytego algorytmu. W przypadku niepowodzenia należy zmienić parametry
przeszukiwania (np. szerokość pasa poszukiwania  wyrażona w pikselach czy kierunek
przeszukiwania : poziomy lub pionowy).
Najczęściej spotykanym typem obiektów wielkokubaturowych są budowle
powłokowe, których powierzchnia ma kształt bryły obrotowej: hiperboloidy, paraboloidy,
walca, kuli. Tak budowane są między innymi: chłodnie kominowe, zbiorniki gazu, cieczy,
materiałów sypkich, poszycia dachowe niektórych hal, kominy przemysłowe, anteny
radioteleskopów itp. Swemu kształtowi zawdzięczają one znaczną sztywność(odporność na
zginanie), dzięki czemu umożliwiają uzyskanie znacznych rozpiętości i wysokości; są więc
często stosowane wtedy, gdy ze względów eksploatacyjnych nie można stosować podpór
wewnętrznych. Równocześnie jednak, budowle powłokowe wymagają bardzo precyzyjnej
realizacji a w trakcie eksploatacji konieczne jest precyzyjne kontrolowanie geometrii ich
kształtu.
Automatyzacja pomiaru tego typu obiektów jest ułatwiona, bowiem ich projektowy
kształt można opisać funkcją matematyczną. Metodom służącym pomiarom tego rodzaju
poświęcona jest praca doktorska M. Ziajki:  Automatyzacja wyznaczania kształtu budowli
powłokowych na drodze analizy obrazów cyfrowych , której obrona jest planowana na rok
2007.
Przed wykonaniem zdjęć obiera się na górze chłodni 6 - 7 punktów, zaś wokół chłodni - w
pewnej od niej odległości - rozstawia się 9 - 10 sygnałów. Wyznaczone współrzędne
przestrzenne tych punktów dostosowania stanowią podstawę przekształcenia DLT każdego z
wykonanych zdjęć cyfrowych; oczywiście na każdym z nich musi się odfotografować
minimum 6 punktów. Wobec automatyzacji analizy konturów chłodni (na każdym zdjęciu
poddaje się analizie 2 kontury chłodni  lewy i prawy) wzrost liczby wykonanych zdjęć nie
zwiększa znacząco pracochłonności, bowiem współrzędne stanowisk nie muszą być znane .
7.4.4. Fotogrametria cyfrowa bliskiego zasięgu na świecie
93
Fotogrametria cyfrowa umożliwia automatyzację: pomiaru punktów, śledzenia przemieszczeń
i trajektorii, orientacji zdjęć. Pomiary mogą być wykonywane w trybie on-line lub nawet w
czasie rzeczywistym (RTP - ang. real time photogrammetry).  Widzenie maszynowe (ang.
machine vision) otwarło przed fotogrametrią wiele nowych możliwości w tym automatyczne
nadzorowanie i sterowanie procesami przemysłowymi, pomiary realizacyjne, badania w
medycynie, transporcie i inne. Sukces dokładnościowy zawdzięcza fotogrametria cyfrowa
połączeniu technik: automatyzacji pomiaru znacznej liczby punktów z samokalibracyjnym
wyrównaniem sieci wiązek.
Niezadawalająca - z punktu widzenia potrzeb dokładnościowych - rozdzielczość
obrazu cyfrowego zmusza do określania pozycji piksela z dokładnością podpikselową.
Specjalistyczne programy umożliwiają jednak uzyskiwanie  przy spełnieniu określonych
warunków - automatyczne (lub zautomatyzowane) pozycjonowanie punktu z dokładnością
rzędu 1/50 piksela. Dążąc do automatycznego określenia współrzędnych mierzonego punktu,
wyznacza się współrzędne szeregu punktów: narożniki tarcz, przecięcia linii, środki okręgów,
czy środki ciężkości (w przypadku kształtów nieregularnych).
Szansę zastosowania opisanych w pierwszych podrozdziałach metod pomiaru
analogowego, przy zastosowaniu kamer cyfrowych stwarza najnowsza kamera firmy Rollei.
Może bowiem być udostępniana w postaci spełniającej wszystkie warunki stawiane
wysokorozdzielczym analogowym fototeodolitom. Matryca CCD o wymiarach 40x50mm
złożona z 40.000.000 detektorów (piksel 6 źm.) stwarza bowiem możliwość osiągnięcia
rozdzielczości kierunkowej zbliżonej do  fototeodolitowej . Kamera może być instalowana
na lunecie teodolitu, co z kolei umożliwia nadanie zdjęciom założonej orientacji zewnętrznej;
to pozwala  obejść się bez pracochłonnej procedury DLT .
Automatyzacja pomiaru jest możliwa pod warunkiem znajomości (przybliżonej)
geometrycznego modelu obiektu (podawanego zazwyczaj w CAD). Rozpoznawanie
szczegółów - na podstawie podobieństwa struktury pikselowej - prowadzi do automatycznego
określania ich współrzędnych. Odpowiedni algorytm dopasowujący odnajduje szczegóły
obrazu odpowiadające wzorcowi (opisanemu matematycznie lub wskazanemu na innym
zdjęciu) o czym była mowa w rozdziale 5.
Automatyczny pomiar pojedynczego obrazu cyfrowego polega na rozpoznawaniu,
dopasowywaniu i wskazaniu punktu opisanego wzorcem (zapisanym w postaci obrazu
cyfrowego) na mierzonym obrazie cyfrowym. Wymaga to często odpowiedniego
przygotowania rejestrowanych obiektów, poprzez specjalną sygnalizację mierzonych
szczegółów; przykładem może być projekcja rastra na karoserię samochodu w systemie
InduSurf (rys. 7.22). Najkorzystniej jest, jeśli kontrolowane punkty obiektu są sygnaliowane
tarczami (najlepiej retroreflesyjnymi), albo rzutowanym rastrem świetlnym; mogą jednak
podlegać pomiarowi naturalne punkty obiektu. Automatyczne dopasowywanie do wzorca
obrazu cyfrowego może być stosowane zarówno w przypadku pomiaru znaczków tłowych jak
i sygnalizowanych punktów obiektu. Stosowane są rozmaite algorytmy dopasowania obrazu
do wzorca. W określonych warunkach pozwala to na pozycjonowanie punktu z dokładnością
1/20 - 1/100 piksela. Tak określone położenie punktu zostaje przetworzone do postaci
metrycznej (współrzędne tłowe) a następnie do współrzędnych terenowych  zazwyczaj z
wykorzystaniem transformacji DLT.
W krajach wysokouprzemysłowionych fotogrametria znalazła zastosowanie w
przemysłach: nuklearnym, kosmicznym, lotniczym, okrętowym, samochodowym; zarówno do
wymiarowania niewielkich detali przygotowanych do montażu, jak i do pomiaru gotowych
obiektów - np. kilkusetmetrowych statków (rys. 7.22). Są to zwykle pomiary statyczne, ale te
same obiekty bywają mierzone fotogrametrycznie w trakcie prób dynamicznych: statek w
trakcie wodowania, prototypowy samolot w czasie startu czy lądowania (rys. 7.23), koła
samochodowe w szybkim ruchu wirowym, karoserie samochodów w próbie zgniatania.
94
Stosuje się nadliczbowe zdjęcia (stanowiska), metody samokalibracyjne, zwielokrotniony
automatyczny pomiar punktów obrazów cyfrowych - jako środki osiągania wysokiej
dokładności.
Rys. 7.21. Wielostanowiskowa rejestracja karoserii samochodu: projektor rzutuje raster
(ułatwiający automatyczny pomiar obrazu cyfrowego); zamiast wielu stanowisk kamer
obieranych wokół auta, auto jest obracane (na platformie obrotowej).
Rys. 7.22. Przykłady wykorzystania fotogrametrii do precyzyjnego pomiaru obiektów:
220.metrowy kontenerowiec, myśliwiec przechwytujący, detal samolotu; wielostanowiskowe
sieci fotogrametryczne rozwiązywane są metodą samokalibracji. Wg. [Fraser 1980]
Rys. 7.23. Pomiar odkształceń oblatywanego prototypu samolotu  w trakcie startu, lotu i
lądowania; rozmieszczenie punktów kontrolowanych i zdjęcie startu. Wg. [ ]
Aktualne sprawozdania z prac wykonywanych w najbardziej zaawansowanych
ośrodkach świadczą, że głównymi kierunkami rozwoju fotogrametrii przemysłowej są:
metody cyfrowe, automatyzacja pomiaru, opracowania w czasie rzeczywistym, robotyka.
Producenci kamer starają się, aby nowe kamery cyfrowe, spełniały wymogi natury
dokładnościowej, do jakich przyzwyczaiły fotogrametrów kamery analogowe. Dlatego z
jednej strony najnowsze matryce CCD osiągają wymiary porównywalne z fototeodolitowymi,
przy odpowiednio drobnych pikselach, zaś z drugiej strony, aby móc wykorzystać zalety
95
fotogrametrii naziemnej  producenci oprzyrządowują kamery w urządzenia do orientacji
zewnętrznej. Dobrym przykładem jest oparta na korpusie analogowej kamery: Zeiss UMK
HighScan; obraz ma format 120x166mm (15414x11040 pix). Kamera skanuje obraz w czasie
(od kilku do kilkudziesięciu sekund) przy pomocy linijki detektorów, co pozwala osiągnąć
znaczne rozmiary kadru, przy wysokiej rozdzielczości geometrycznej. Wadą tego rozwiązania
jest długi czas rejestracji.
Przykładem rozwiązania opartego na powierzchniowej matrycy CCD jest propozycja
firmy Rollei: przy kadrze 40x50mm (20.000.000 lub nawet 40.000.000 pixeli) można
wykonywać zdjęcia zorientowane, dzięki możliwości instalowania kamery na lunecie
teodolitu. Stwarza to - przy obiektywie 75-milimetrowym  możliwość rekonstrukcji
kierunku (rozdzielczość kierunkowa) z dokładnością rzędu 16 , co przy wykorzystaniu
automatycznego pomiaru z dokładnością podpikselową pozwala uzyskać dokładność wyższą
od analogowej.
96


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sztuka czarno bialej fotografii Od inspiracji do obrazu
Fotografia nocna
Fotografia cyfrowa w kryminalistyce aspekty techniczno prawne
fotograf13[05] z1 10 u
Fotografia ślubna zdjęcia w plenerze, cz II
Fotogrametria cz12 teledetekcja cz2
fotograf13[05] z1 01 n
Fotografia cyfrowa Ćwiczenia praktyczne
fotografia otworkowa
cieniowanie fotografii
Bichromie, czyli jak stworzyć idealną fotografię czarno bi…
2009 Kalendarz FotografiaDlaCiekawych pl 1

więcej podobnych podstron