Фотограмметрия — дисциплина, которая занимается определением пространственных и иных характеристик объектов на местности на основе их изображений. По фотографиям и другим снимкам узнаются размеры, форма, расположение и другие параметры зданий и сооружений, транспорта, компонентов рельефа, зеленых насаждений, водных объектов и прочих заметных предметов и конструкций на определенной территории.
В упрощенном виде фотограмметрия работает так: координаты точек объекта определяются по двум и более снимкам, снятым с разных ракурсов, но имеющим общие точки. Также может использоваться любая заранее известная информация: данные предыдущих съемок, планы, особенности планировки, например, симметрию объекта или его частей.
В настоящее время основным инструментом для получения фотограмметрических снимков являются различные цифровые камеры, характеристики которых подбираются в зависимости от целей и задач съемки. Кроме них необходимо вспомогательное оборудование, которое позволяет определить, как именно снимки ориентированы в пространстве.
История метода
Теоретическая база для фотограмметрии была заложена в середине 1800-х годов. В 1759 немецко-швейцарский физик Иоганн Ламберт в работе «Свободная перспектива» (Die freie Perspective) обосновал возможность определения размеров и расположения в пространстве для объектов по их перспективным рисункам. В 1764 году российский ученый М.В.Ломоносов в инструкции для географических исследований внес предложение составлять такие изображения с помощью камеры-обскуры.
Техническая основа для фотограмметрии появилась с изобретением фотографии французским химиком и художником Луи Даггером в 1839 году. Применять фото для создания топографических карт местности впервые предложил в 1840 году французский геодезист Доминик Араго. Уже в 1860 г. французский военный инженер Эме Лосседа провел серию съемок Парижа с высоких зданий и на их основе разработал план, который оказался точнее, чем при геодезической топосъемке. Это событие можно считать официальным рождением фотограмметрии. В дальнейшем с появлением средств воздухоплавания появилась и стала активно развиваться аэрофотосъемка.
С 90-х годов прошлого века фотограмметрия все больше автоматизируется — начиная от непосредственной съемки и заканчивая ее обработкой для получения результатов измерений и их преобразования в карты и другие материалы в соответствии с целями конкретной съемки.
Фотограмметрия в инженерных изысканиях
Фотограмметрия широко используется в различных сферах деятельности — от создания различных карт и геологических изысканий до археологических раскопок и индустрии кино и компьютерных игр, где она позволяет совмещать живых актеров и анимацию и создавать реалистичные ландшафты и трехмерные объекты.
Но наиболее активно этот метод применяется в инженерных изысканиях. Фотограмметрия помогает проводить:
- геологические изыскания — изучать состав и структуру грунтов на территории, анализировать эрозионные процессы и т.д.
- геодезические изыскания — измерять размеры территории, определять особенности рельефа и ситуации на местности
- гидрологические изыскания — наблюдать естественные водоемы и происходящие в них процессы
- экологические изыскания — изучать экосистему местности, наблюдать за изменением растительного покрова, поведением животных и т.д.
Такая широкая область применения объясняется тем, что это удобный, эффективный и производительный метод измерений, обладающий целым рядом достоинств:
- Высокая точность. Снимки выполняются прецизионными камерами, а их обработка производится строгими методами с применением специального ПО. При необходимости, например, при получении спорных результатов, измерения сравнительно легко повторить снова.
- Большая производительность. За счет того, что измеряются не сами объекты на местности, а их изображения, работать становится проще и быстрее, кроме того, процесс можно в значительной степени автоматизировать.
- Достоверность информации. При ручных измерениях всегда есть вероятность человеческого фактора — ошибок, описок и тому подобного. Фотограмметрия позволяет их минимизировать, поскольку информация получается путем фотографирования, а обработка снимков производится на компьютере.
- Безопасность и удобство проведения. Измерения выполняются дистанционно, без непосредственного контакта с объектом. Это особенно важно, если доступ на объект затруднен или связан с рисками для жизни или здоровья (например, если это здание в аварийном состоянии или вредное производство)
Типы фотограмметрических работ
Все виды фотограмметрических работ можно разделить на три основные группы:
Наземная съемка или фототопография. Используется преимущественно для получения информации о небольших объектах и территориях. Выполняется ручными или автоматическими камерами с поверхности земли, включая естественные возвышенности рельефа, здания и сооружения.
За счет сравнительно компактных размеров обследуемых пространств есть возможность получить очень подробные снимки в масштабах 1:500 – 1:5000. Этот тип фотограмметрии применяется для археологических раскопок, исследования мелких деталей ландшафта, в обследовании состояния построек и дорог, для инженерных изысканий на небольших объектах, например, в жилищном строительстве.
Съемка с летательных аппаратов — самолетов, вертолетов, БПЛА и т.д, она же аэрофотограмметрия или аэрофотосъемка. Применяется для масштабных объектов, например, городов, лесных массивов, сельскохозяйственных территорий, а также труднодоступных мест, например, аварийных или опасных объектов, горных локаций, районов, пострадавших от стихийных бедствий и т.д.
В зависимости от целей исследования съемка может быть одиночной (один или несколько кадров), маршрутной (серия перекрывающих друг друга кадров по одному маршруту) или площадной (фотографирование значительной площади за счет прокладывания нескольких продольных и поперечных маршрутов для летательного аппарата). Самые распространенные масштабы аэрофотосъемки — от 1:10000 до 1:22000.
Космическая фотосъемка — съемка с высот более 150 км с недолговременных носителей, спутников, межпланетных автоматических станций, МКС и т.д. Применяется для получения съемок очень больших территорий. Позволяет наблюдать состояние атмосферы, океанов и течений в них, ледников и снежного покрова, следить за циклонами, изучать антропогенные изменения на планете, исследовать акваторию шельфа прибрежных частей суши, получать изображения наиболее труднодоступных территорий. Основные масштабы такой съемки находятся в диапазоне 1: 1000000 — 1: 10000000.
В простейших случаях для фотограмметрии, особенно наземной, могут использоваться обычные цифровые камеры, предварительно откалиброванные для определения элементов внутреннего ориентирования камеры. Для профессиональной съемки используются одна или несколько специализированных цифровых камер, жестко зафиксированных по отношению друг к другу.
