Dokumentácia skutočného stavu kanalizačných komôr metódou pozemnej digitálnej fotogrametrie

V roku 2020 spoločnosť INSET, s. r. o., vykonala prieskum niekoľkých kanalizačných komôr v pražskej kanalizačnej sieti. Súčasťou požadovaných výstupov mali byť mračná bodov zobrazujúce priestorové usporiadanie kanalizačných komôr s osobitným dôrazom na vnútornú technológiu komôr a ich bezprostredného okolia. Mračná mali byť vytvorené ako podklad, z ktorého je možné ďalej vyhotoviť projektovú dokumentáciu pre budúcu výmenu vnútorných technológií komôr.

Popis technológie

Spoločnou charakteristikou všetkých spracovaných komôr bol pomerne stiesnený, členitý priestor a vlhké prostredie. Ďalšou komplikáciou bola takmer nemožnosť štandardného osvetlenia skúmanej stavby. Vzhľadom na túto skutočnosť by bolo príliš náročné vytvoriť mračná bodov pomocou laserových skenerov. Preto bola zvolená technológia pozemnej digitálnej fotogrametrie (Obr. 1).

Fotogrametria je metóda získavania priestorových údajov z obrazových záznamov. Existujú rôzne zariadenia na vyhotovenie fotografií a niekoľko postupov snímkovania a následného vyhodnotenia výsledkov. V súčasnosti sa pri pozemnom snímkovaní najčastejšie používa metóda obrazovej korelácie s použitím klasickej digitálnej zrkadlovky.

Metóda obrazovej korelácie je založená na spracovaní fotografií objektu záujmu z rôznych polôh a smerov. Vzhľadom na výkon dnešných výpočtových systémov a rýchlosť snímania digitálnym fotoaparátom je vhodné zhotoviť veľký počet (niekedy nadbytočných) fotografií, no s ich veľkým prekrytím.

Na spracovanie samotných snímok sa potom môže použiť niekoľko rôznych softvérov. Programy používajú metódu obrazovej korelácie na vyhľadávanie totožných bodov na rôznych fotografiách. Po nájdení týchto bodov sa vypočítajú približné prvky vnútornej a vonkajšej orientácie snímok. Za prvky vnútornej orientácie sa označujú optické a geometrické parametre fotoaparátu. Prvkami vonkajšej orientácie sú poloha a orientácia snímok v priestore. Pri následnom vyrovnávaní sa tieto parametre spresnia a z takto opravených fotografií sa vytvorí mračno bodov.

Potom sa začalo samotné fotografovanie. Podzemné komory ako celok nebolo možné dostatočne osvetliť, preto sa na fotografovanie použil externý blesk. Použitie blesku môže spôsobiť nežiaduce odlesky (prepaly), najmä pri fotografovaní kolmo na mokré plochy. Tomuto problému sa dá predísť zmenou uhla a Keďže snímky sú bezrozmerné a orientované len voči sebe navzájom, výslednému mračnu bodov je potrebné dodať rozmer a orientáciu v priestore. To možno vykonať napríklad zameraním vlícovacích bodov na objekte pomocou totálnej stanice.

Na získanie dobrých výsledkov je potrebné použiť kvalitný fotoaparát s objektívom s dostatočnou svetelnosťou a minimálnym skreslením. Snímky by sa mali zhotovovať tak, aby uhol, ktorý zvierajú ich osi v hodnotenom bode, nebol ani príliš ostrý, ani príliš tupý. Ako už bolo uvedené, objekt by sa mal snímať z viacerých rôznych smerov a výšok. Pri samotnom zhotovovaní snímok treba dbať na ich ostrosť a dostatočnú svetelnosť. Vlícovacie body by sa mali vyberať tak, aby rovnomerne pokrývali celý vyhodnocovaný objekt. Pri voľbe vzdialenosti snímania by sa mal nájsť kompromis medzi príliš veľkou vzdialenosťou, pri ktorej sa strácajú detaily, a príliš malou vzdialenosťou, pri ktorej sa musí zhotoviť veľký počet prekrývajúcich sa fotografií. Vo všeobecnosti pre všetky fotogrametrické metódy platí, že ich presnosť klesá úmerne s narastajúcou vzdialenosťou.

Terénne práce

Fotogrametrické práce v kanalizačných komorách mali, samozrejme, okrem vyššie spomenutých obecných zásad aj svoje vlastné špecifiká. Pred samotným snímkovaním sa musel v každej komore previesť predbežný prieskum, aby sa zistilo geometrické usporiadanie komory, počet a rozsah technologických zariadení, prístupnosť komory a jej špecifiká na zaistenie bezpečnosti prác. Zároveň bolo potrebné vykonať aj potrebné čistenie záujmových častí.

Nasledovalo vytvorenie a pripojenie vlícovacích bodov. Ich poloha bola zvolená rovnomerne po celej dĺžke komory.

Na technológiách a v ich okolí boli vlícovacie body zhustené. Najlepšou metódou tvorby bodov sa ukázalo byť sprejovanie kontrastnej farby cez vytvorenú šablónu. Body sa ďalej zamerali pomocou totálnej geodetickej stanice a následne sa pripojili k systémom JTSK a Bpv. Pripojenie do podzemia sa uskutočnilo náhodnými spojmi na prevážené olovnice v revíznych kanalizačných šachtách. Výškové údaje sa do podzemia prenášali oceľovým pásmom, nefotografovaním kolmo a tiež použitím väčšieho množstva fotografií. Okrem toho použitie blesku umožnilo zachovať reálne farby, čo by pri použití bežných svetiel bolo náročné. Na snímkovanie bola použitá digitálna zrkadlovka Canon EOS 6D Mark II s rozlíšením 26,2 Mpx a objektívom s ohniskovou vzdialenosťou 28 mm a svetelnosťou f/2,8.

Použitie statívu bolo v stiesnených priestoroch komôr prakticky nemožné, preto bolo potrebné fotografovať len voľnou rukou. Aby sa zachovala ostrosť fotografií, bolo žiaduce nastaviť rýchlosť uzávierky aspoň na 1/100 s. Zároveň bolo pri spracovaní vhodné mať čo najväčšiu hĺbku ostrosti fotografií, čo si pri takých malých vzdialenostiach vyžadovalo clonové číslo aspoň 8. ISO bolo zvyčajne nastavené na hodnotu 400. Všetky tieto tri hodnoty boli zvolené ako kompromis medzi čo najlepšou ostrosťou a čo najmenším šumom na fotografiách, zároveň umožňovali kratšie nabíjanie blesku a menšie zaťaženie batérií. Pri takomto nastavení parametrov snímok, použitia blesku, automatickom zaostrovaní a po získaní praktických skúseností je možné fotografovať rýchlosťou približne jedna snímka za sekundu. Vyžadovala sa presnosť na úrovni klasického stavebného zameriavania. Vďaka veľkému počtu nadbytočných fotografií a detailnému snímkovaniu záujmových technológií sa podarilo túto presnosť dodržať aj napriek niektorým nekvalitným snímkam (rozostrenie, motion-blur, podpal, prepal). Rýchlosť fotografovania bola dôležitá z dôvodu minimalizácie času pobytu pracovníkov v samotnej kanalizácii.

Kde to bolo možné, snímkovalo sa podľa klasických zásad fotogrametrie. Fotograf postupoval komorou vždy po jednom kroku čelom k stene a fotografoval smerom vpred a šikmo do strán v niekoľkých výškových úrovniach. Podobným spôsobom sa fotografoval strop (Obr. 2).

Žliabok sa fotografoval len vtedy, keď nebol pod hladinou. V úzkych priestoroch sa muselo postupovať inak. Vzdialenosť od steny bola príliš malá a nebolo možné fotografovať ani spredu, ani zozadu. Tieto úzke priestory sa fotografovali len pri prechode oboma smermi, vždy iba smerom pred seba a s uhlom približne 45° k stene. Na zachovanie dostatočného prekrytia medzi fotografiami tu bolo nutné postupovať v krokoch dlhých približne len 20 cm.

V závislosti od veľkosti a členitosti stavby a technológie sa počet fotografií z jednotlivých komôr pohyboval od 1 000 vyššie.

Spracovanie získaných údajov

Spracovanie fotografií sa uskutočnilo pomocou softvéru RealityCapture. Po importovaní fotografií sa nastavili parametre na výpočet. Potom sa vykonal predbežný výpočet prvkov vnútornej a vonkajšej orientácie fotografií. Snímky sa potom spojili do blokov, pričom každý blok obsahoval snímky umiestnené a orientované voči sebe navzájom.

V prípade, že sa nepodarilo spojiť dostatočný počet fotografií do jedného bloku tak, aby sa vytvorilo mračno celej komory, bolo nutné pridať pomocné body. Tie umožnili spojiť jednotlivé bloky alebo opraviť chybné vyrovnanie snímok. Potom sa pridali vlícovacie body, ktoré výsledku dodali rozmer a orientáciu.

Následne sa vykonalo celkové vyrovnanie fotografií na všetky vlícovacie body a výpočet hustého mračna bodov. Klient požadoval výstupy mračien vo formátoch .e57 a .rcs.

Záver

Na prieskum niekoľkých kanalizačných komôr v pražskej kanalizačnej sieti spoločnosťou INSET, s. r. o., bola zvolená technológia pozemnej digitálnej fotogrametrie. Dosiahnuté výsledky boli overené dvoma spôsobmi. Prvou kontrolou boli dodatočné body zamerané nezávisle od vlícovacích bodov pomocou totálnej stanice. Následne sa porovnali súradnice týchto bodov vypočítané z meraní totálnej stanice so súradnicami odčítanými z mračna bodov. Druhou kontrolou boli dĺžky namerané priamo v komorách zvinovacím metrom, ktoré boli porovnané s dĺžkami nameranými v mračne. Odchýlky z oboch kontrol dosahovali pravidelne veľkosť do 1 cm. Presnosť výsledných mračien bodov je teda porovnateľná s presnosťou bežného stavebného zamerania.

TEXT: Ing. Martin Jákl, Ing. David Hofman, Ing. Jiří Košťál, PhD.

FOTO: INSET s. r. o.

Martin Jákl pracuje ako geodet v spoločnosti INSET, s. r. o., David Hofman je zástupcom vedúceho strediska geodézie v tejto spoločnosti a Jiří Košťál je riaditeľom divízie Energetika.