DD219856A5

DD219856A5 - Stereophotogrammetisches vermessungsverfahren

Info

Publication number: DD219856A5
Application number: DD84263790A
Authority: DD
Inventors: Giovanni Bozzolato
Original assignee: Agip Spa
Priority date: 1983-06-03
Filing date: 1984-06-04
Publication date: 1985-03-13
Also published as: SE457664B; NL8401773A; US4641960A; DK163899C; FR2547048A1; FR2547048B1; CA1222867A; ES8504385A1; JPH0380245B2; YU94584A; JPS607318A; AU568341B2; IE55347B1; NL190907C; ES533357A0; NL190907B; IE841377L; YU46360B; SE8402967L; NO842201L

Abstract

Erfindungsgemaess wird ein Objekt grosser Abmessungen an beliebiger Stelle aus einer Hoehe von etwa 30 m zusammen mit einer Kette photographiert, deren Laenge zwischen zwei daran angeordneten Bezugsmarken vorab gemessen wurde. Zum Photographieren dienen zwei synchronisierte Messkameras, die etwa einen Abstand von 6 m voneinander haben. An dem mittels eines Stereoplotters vom Vermessungsobjekt hergestellten stereoskopischen, optischen Modell werden Tiefenmessungen (2-Achse) mit dem beweglichen Pfeil des Stereoplotters an acht Saetzen von Punkten gemacht, die an den acht herkoemmlichen perimetralen Orten photogrammetrischer Orientierung gruppiert sind und gleichmaessig je zur Haelfte auf dem Niveau der Wellenkaemme und in den Wellentaelern des Wassers oder Bodens liegen. Dann wird das Mittel der Messungen berechnet, um die mittlere horizontale Ebene zu bestimmen, und das Modell in bezug auf diese Ebene durch Drehung ausgerichtet. Schliesslich wird die Laenge der Kette zwischen den beiden Bezugsmarken am Modell gemessen. Das Verhaeltnis zwischen diesem und dem bekannten, im voraus gemessenen Wert ergibt den Wert des Wiedergabemassstabs. Fig. 1

Description

Berlin, den 20,09.1984 64 077/16 ,

Stereophotogrammetrisches Vermessungsverfahren

Anwendungsgebiet der Srfindung

Die Erfindung betrifft ein stereophotogrammetrisches Vermessungsverfahren für groß bemessene Objekte, die sich insbesondere auf dem Meer,, aber auch an Land befinden, bei dem mit Hilfe eines Steraoplotters ein stereoskopisches, optisches Modell des· Vermess.ungsobjektes anhand eines-oder mehrerer Paare von Photographien des Vermessungsobjektes, die von 'zwei verschiedenen Aufnahmest eilen gemacht wurden, hergestellt wird»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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lieben dem klassischen Verfahren, bei dem Metallbänder mit Dynamometern verwendet werden, sind verschiedene Meßtechniken, z« B. in der Topographie und Geodäsie bekannt, bei denen spezielle Instrumente, wie Theodoliten, Tachometer, elektronische iSntfernungsmesser sowie Koinzidenz- oder stereoskopische Fernmeßeinrichtungen eingesetzt werden« Wenn es aber die Abmessungen oder die Kompliziertheit des Meßobjekts nötig macht, daß eine Vielzahl von Daten gesammelt und statistisch weiterverarbeiten werden muß, erweisen sich die genannten Verfahren nicht nur als unpraktisch sondern ganz entschieden auch als unwirtschaftlich« .

Dann wird die Sterephotogrammetrie angewandt» Dies ist ein wegen seiner Leistungsfähigkeit weit, verbreitetes Verfahren, welches für die planimetrische und altimetrische Vermessung unbeweglicher Objekte an Land, beispielsweise von Gebäuden^

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Ruinen, Konstruktionen usw. oder dea Landes selbst in pianoalt imetrischen,,topographischen, kartographischen und anderen-"Anwendungsfällen allgemein bekannt ist. Die Stereophotogramme- ^; trie beruht im wesentlichen auf einer Meßtechnik des Meßobjektes, bei der nicht das Objekt selbst sondern eine dreidimensionale, photographische Abbildung oder ein stereoskopisches, optisches Modell desselben benutzt wird, dessen Gestalt und. Abmessungen im Raum, von .einem Stereoplotter wiedergegeben werden. Hierzu wird.ein Paar oder mehrere Paare Photographien des Meßöbjekts verwendet, -die jeweils von zwei unterschiedlichen Aufnahme ρ unkt en gemacht wurden, ·.-. '

Das bekannte- Verfahren der atereophotogrammetrischen Vermessung sieht, im wesentlichen vor, vpn zwei verschiedenen Punkten '.zwei oder mehrere Paare Photographien eines Vermessungaobjek-. tea zu machen, um stereoskopische Abbildungen des Objekts , selbst zu erhalten* Dazu werden im voraus die Raumkbordinaten von mindestens fünf charakteristischen Punkten, entweder am Objekt selbst oder in seiner Hähe, bestimmt. Diese sind nötig, um. die unzweideutige und exakte, Rekonstruktion eines stereoskopischen Modells ohne Parallaxenfehler zu ermöglichen, das Modell, im Raum durch entsprechendes Drehen zu begradigen und auszurichten, bis es absolut horizontal liegt, und schließlich um den planimetrischen Maßstab,des st-ereoskopiachen Modells selbst.exakt festzulegen. Die genannte Bestimmung der fünf Punkte auf den I-, Y- und Z-Raumkoordinanten erfolgt gemäß bekannter topographischer Verfahren, Ausgehend von den Photo^r graphien wird-im labor eins dreidimensionale Abbildung oder ein optisches Modell des Vermessungaobjektes mit einem Stereoplotter hergestellt, und nach der, richtigen Ausrichtung, des Modells werden an dem Modell statt am tatsächlichen Objekt , die nötigen Messungen vorgenommen. Dabei ist die.Skala, die die Umwandlung jeder beliebigen linearen Messung an dem opti-

schen Modell in die entsprechende Entfernung am tatsächlichen Modell ermöglicht, bereits bekannt. Schließlich werden die gemachten Messungen auf Band aufgezeichnet und elektronisch weiterverarbeiten, um mit einem Kurvens.chreiber aufgezeichnete graphische Ergebnisse oder numerische Ergebnisse in Tabellenform nach entsprechender Datenverarbeitung zu erhalten«

Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es bei gewissen Vermessungsfällen nicht anwendbar ist, wo, z« B. aus praktischen Gründen der Personalsicherheit aufgrund der'unwirtlichen und/oder gefährlichen Umgebung, oder wegen der aufgrund der Baustellenerfordernisse zur Verfügung stehenden kurzen Zeit oder'aus anderen zwingenden Gründen absolut keine Möglichkeit besteht, im voraus die Raumkoordinaten der fünf Punkte zu bestimmen«

Das ist, im allgemeinen der Fall wenn Qffshore-Plattformen zur Erdölgewinnung im offenen Meer errichtet werden sollen«;In diesem Fall ist es nach dem Eintreiben von Stützrohren in den Meeresboden zum Einbau einer festen Produktions- oder Förderanlage mittels des Einrohrsystems nötig, den genauen Abstand ZY/ischen den Mitten der Rohrenden zu bestimmen, damit die darauf zu lagernde Plattform exakt ausgelegt werden kann, denn deren Beine müssen auf den Enden der Stützrohre selbst genau aufliegen« Hierbei ergibt sich das Problem, daß mit einer spezifizierten.Häherung von 1-2 cm die Entfernung zwischen den nicht einmal markierten Zentren der .Stützrohre bestimmt werden muß, von denen drei oder mehr,mit einem Durchmesser von 2-3 m etwa um 8-12 m aus dem Meer herausragen und in einem Abstand von 20-30 m voneinander sowie 20-50 km von der Uferlinie entfernt eingerammt sind· ,

Außerdem muß jedes Stützrohr auf Unregelmäßigkeiten im Umfang und in der Dicke sowie auf das Vorhandensein von Beulen" aufgrund von₍Kollisionen mit Wasserfahrzeugen untersucht werden. Ferner muß die vertikale Genauigkeit, mit der die Stützrohre eingerammt sind,, bestimmt werden, so daß eine Vielzahl von Messungen notig ist, die eigentlich nur die Stereophotogramme-•trische Methode erlaubt. Aber wegen des wesentlichen Erfordernisses, ständig die Sicherheit des Personals zu berücksichtigen, ist es unmöglich, die nötigen Messungen.unmittelbar mit ausreichender Genauigkeit vorzunehmen. Deshalb- kann das genannte Verfahren nicht angewendet werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Anwendungsgebiet, wesentlich zu erweitern, den Zeitaufwand und die Kosten zu reduzieren und einfache, betriebssichere Messungen mit hoher Genauigkeit zu. ermöglichen.

Darlegung; des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil durch ein Verniessungsverfahren zu vermeiden, bei dem zwar die Stereophotogrammetrie angewandt wird, aber trotzdem keine direkten Messungen an. dem Vermessungsobjökt vorgenommen werden müssen, dabei soll eine leichte und exakte Vermessung selbst; von solchen Objekten ermöglicht werden, die sich an unbequeme und verhältnismäßig' unzugänglicher Stelle befinden, wie der Stützrohre für den Einbau von Offshore-Plattformen«

Gemäß der Erfindung ist beim stereophotogrammetrisches Vermessungsverfahren für groß bemessene Objekte, die sich insbesondere auf dem Meer, aber auch an Land befinden., bei dem mit Hilfe eines Stereoplotters ein stereoskoplaches, optisches Modell des Vermessungsobjektes anhand eines oder mehrerer Paare

von Photographien des Vermessungsobjektes, die von zwei verschiedenen Aufnähmest eilen gemacht wurden, vorgesehen,' daß der R_eihe.nach folgende Schritte durchgeführt werden: an dem Vermessungsobjekt wird eine nicht dehnbare Stahlkette, die sich nicht verheddern kann, und an der zwei Bezugsmajrken oder Bezugssignale in einem bekannten, exakt im voraus gemessenen Abstand fest angebracht sind, die auf aus einer Entfernung von 30-40 m gemachten Photogrammen zuverlässig sichtbar sind, so eingehakt, daß sie ständig vollkommen sichtbar ist; das Vermessungsobjekt wird aus einer Entfernung¹ von ca. 30 m von zwei· synchronisierten photographischen Meßkameras aufgenommen, die einen exakt bekannten Abstand von ca« 6 m voneinander haben; anhand der entstehenden Photographien wird mit Hilfe eines Stereoplotters ein stereoskopisches, optisches Modell des Vermessungsobjekts angefertigt} an, dem stereoskopischen, optischen Modell v/erden seht Sätze von Punkten in angemessener Anzahl gemessen, die an den acht herkömm-' liehen perimetrischen Orten photogrammetrischer Orientierung gruppiert sind und gleichmäßig zur- Hälfte auf dem Niveau, der Kämme (positives Maximum) und zur anderen Hälfte in den Tälern (negatives- Maximum) der Wellen des Wassers, oder des Bodens ι liegen; diese Messungen werden statistisch weiterverarbeitet und das durchschnittliche iiive.au der horizontalen Sbene bestimmt; das stereoskopische, optische Modell wird durch entsprechende Drehung auf der durchschnittlichen horizontalen Ebene korrekt ausgerichtet 5 an dem auf diese Weise orientierten optischen Modell wird im photographischen Maßstab die Länge des Kettenbogens bestimmt, der zwischen den beiden Bezugsmarken oder Bezugssignalen der Stahlkette liegt, indem die Summe der Längen kleiner Bogensegmente gebildet wird, die einem Kettenglied der Stahlkette entsprechen; der Maßstab" · wird als das Verhältnis zwischen dem bestimmten Wert und dem exakt im voraus gemessenen Wert festgelegt; und dieser Maßstab wird zum Umwandeln jeder linearen Messung an dem opti-

schen'Modell in die .entsprechende Entfernung an dem tatsächlichen Vermessungsobjekt verwendet. . ' .· ^;

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeiapiel der Erfindung werden zwei synchronisierte photographische Meßkameras in einem exakt- bekannten Abstand voneinander mit Hilfe eines Trägers angeordnet, der aus hochfestem Metall, z« B, Duralumin, Sonder-stahl usw. besteht. An/den Enden dieses Trägers werden die Kameras verstellbar angebracht. Man photographiert das Vermesaungsobjekt entweder von einem Hubschrauber aus, " . aus dessen beiden Türen man den Träger freitragend herausragen' läßt, oder von einem hohen Kran aus, mit dem man den Träger, gegebenenfalls' eingesetzt in einem Käfig oder Korb, ca· 30 m hochzieht. , , ,

Da3 Vermessungsverfahren erlaubt an Objekten mit großen Abmessungen und von beliebiger Kompliziertheit, selbst wenn sie sich an unbequemen oder verhältnismäßig unzugänglichen Stellen befinden, äußerst einfache, betriebssichere Messungen kleinster Art mit hoher Genauigkeit bei beträchtlicher Zeit- und Kostenersparnis vorzunehmen. .

Erfindungsgemäß werden die photographischen Aiifnahmen des Vermessungsobjekts aus einer Entfernung von ca. 30 m mit zwei photographischen Meßkameras gemacht;, die miteinander synchronisiert und in einem bekannten Abstand von_; ca. 6 in von- , einander angeordnet sind. Damit kann die nötige Genauigkeit der Tiefenmessung mit dem Stereoplotter bei einem maximal erlaubten Fehler von + 1 cm erzielt werden. Auf diese Weise wird ein genaues stereoskopisches Modell erhalten, an dan Präzisionsmessungen vorgenommen v/erden können. Diese · Messungen betreffen nicht nur stationäre Objekte, beispielsweise die Stützrohre,von Offshore-Plattformen,,sondern sie können auch an beweglichen Objekten gemacht werden, beispiels-

'weise Oberflächenflüssigkeiten, Schwimmkörpern, 'hängenden. Kabeln usw. Durch einfaches Einsetzen eines Vergleichse¹ lern ent s in das PeId der photographischen Aufnahme kann nicht nur 'das stereoskopische Modell exakt ausgerichtet sondern auch jede beliebige lineare Messung des tatsächlichen Vermessungsobjekts erhalten werden, da der planimetrisehe Maßstab ohne weiteres erkennbar ist* Als Vergleichselement wird z. B. eine nicht verlängerbare Stahlkette in das Bildfeld eingeführt, die sich nicht verheddern kann, und deren Länge im voraus exakt gemessen worden ist. -

Ausführungsbeispiel *

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher 'erläutert« In den Zeichnungen zeigt':

Pig. 1: eine Darstellung der Verfahrensstufe, bei der eine Kette von bekannter Länge zwischen zwei beliebigen Stützrohren eingehängt istj . .

Pig. 2: die Stufe, bei der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Luftbild von einem Hubschrauber gemacht wirdj . .

Pig, 3: die Stufe, bei der gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel die Aufnahme mit Hilfe eines großen Krans gemacht wird; "·.''·

Pig, 4: die Darstellung eines mittels Stereoplotter erhaltenen stereoskopischen, optischen Modells, an dem die Messungen vorgenommen werden.

iri den Zeichnungen 1st die Erfindung in Anwendung bei dem' Einbau einer Offshore-Plat t form gezeigt, bei dem im' wesentlichen der genaue Abstand zwischen den Mitten der Enden von drei in den Meeresboden eingetriebenen Stützrohren bestimmt · werden muß«, -

In den Figuren sind drei Stützrohre 1-, 2 bzw, 3 mit einem Durchmesser von 2-3 m-gezeigt, die insgesamt in einer Entfernung von 20-50 km von einer iiüstenlinie 5 in den Boden des Meeres 4 eingerammt sind und um etwa 8-12 m aus dem Meer 'herausragen, um eine aufzulegende Plattform zu stützen. Die Beine der Plattform müssen genau auf den Enden der Stützrohre aufliegen, . .

.L^Tm das· erfindungsgemäße Verfahren für die nötige Bestimmung der Entfernung zwischen den Mitten der drei Stützrohre, die nicht markiert sind, anzuwenden, wird zwischen zwei Stütz- ; rohren 1 und 2 mit Hilfe,eines Wasserfahrzeugs 6 eine nichtdehnbare Stahlkette 7 eingehakt, die sich nicht verheddern kann und an der.zwei Bezugsmarken oder Bezugssignale 8 und 9 fest angebracht sind, Der Abstand, in dem diese Bezugsmarken voneinander angebracht sind, ist im voraus im Labor exakt gemessen worden,

Die.beiden Bezugsmarken 8 und 9 haben eine solche Größe, daß sie, ebenso wie die Kettenglieder in Photogrammen, die aus einer Entfernung von 30—40 m gemacht werden, zuverlässig sichtbar sind. Die Stahlkette 7 ist so gestreckt, ^rdaß sie nie die Oberfläche'des Meeres 4 berührt, :

Das aus Stützrohren und Sette bestehende System wird dann mit zwei photographischen Meßkam,eras 10 und 11 photographiert, . ¹ die.miteinander synchronisiert und orientierbar an einem ca. 6 m langen Träger 12 aus hochfestem Metall angebracht sind, <

Der Träger'ragt freitragend aus den beiden-Türen einea Hubschraubers 13 und liegt dabei in einer Höhe von ca, 30 m.

Bei einer abgewandelten Ausfuhrungsform ist der die beiden Meßkameras 10 und 11 an seinen Enden abstützende Träger 12 an einem Käfig 14 angebracht, der, wie fig. 3. zeigt, in einer Höhe von ca. 30 m von einem großen Kran 15 hängend abgestützt iat · ,

Die paarweise erhaltenen Photographien werden in einen Stereoplotter eingegeben,, der ein stereoskopisches, optisches Modell des photograph!erten Objekts erzeugt, wie in, ·

Pig. 4 gezeigt« „. .

An diesem Modell werden an Positionen, die. jeweils einem der.' acht herkömmlichen perimetrischen Orte photogrammetrischer Orientierung, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23 entsprechen, unter Verwendung "des beweglichen Pfeils -des Stereoplotters Bestimmungen der Tiefe (Z-Achse) einer geeigneten Anzahl von Punkten 16 ·.. 23 gemächt. Diese Punkte liegen gleichmäßig zur Hälfte auf den Wellenkämmen (positives Maximum) und zur anderen Hälfte in den Tälern (negatives Maximum) der Wellen des Meeres 4. Der Durchschnittswert dieser Messungen ergibt das durchschnittliche Neveau der Wasseroberfläche und folglieh die Durchschnittsebene, die horizontal sein muß.' ,

Durch entsprechendes Drehen des optischen. Modelle in solcher Weise, daß das liiveau der acht Orte auf das festgelegte Durchschnittaniveau gebracht wird, wird das optische Modell richtig orientiert. Anhand des nunmehr ordnungsgemäß ausgerichteten optischen Modells kann wiederum unter Verwendung des beweglichen Pfeils des Stereoplotters im photographischen Maßstab die Länge des Settenbogens exakt gemessen -

werden, der zwischen den beiden gut sichtbaren Bezugsmarken öder Bezugssignalen 8 und 9 der Stahlkette 7 liegt.

Diese Messung erfolgt durch Summieren der Längen kleiner Bogenabschnitte, die beispielsweise einem (ebenfalls sichtbaren) Kettenglied der Stahlkette entsprechen.

Unter Bezugnahme auf das direkte Verhältnis des so bestimmten Wertes zu dem exakt im voraus gemessenen Wert des zwischen , den Bozugsmarken 8 und 9 liegenden Kettenäbschnitts wird der Umrechnungsfaktor erhalten, anhand dessen jeder beliebige tatsächliche Abstand durch eine entsprechende lineare Messung an dem Modell gewonnen werden kann,/

Claims

Srfindungaanspruch

1. Stereophotogrammetrisch.es Vermessungsverfahren für. groß bemessene Objekte, die sich insbesondere auf dem Meer, aber auch an Land befinden, bei dem mit Hilfe eines Stereoplotters ein stereoskopisches, optisches.Modell des Vermessungsobjektes anhand eines oder mehrerer Paare von Photographien des Vermessungsobjektes, die von zwei verschiedenen Aufnahmestellen gemacht wurden, hergestellt; wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Reihe nach folgende Schritte durchgeführt werdens

- an dem Vermessungsobjekt wird eine nicht dehnbare Stahlkette (7)» die sich nicht verheddern'kann, und an der zwei Bezugsmarken oder Bezugssignale in einem bekannten, exakt im voraus gemessenen Abstand fest angebracht sind, die auf ,aus einer Entfernung von 30-4Om gemachten Photogrammen zuverlässig sichtbar sind, so eingehakt, .daß sie ständig vollkommen sichtbar ist,

- das Vermessungsobjekt wird/aus einer Entfernung von ca, 30 m von zwei synchronisierten photographischen Meßkameras aufgenommen, die einen exakt bekannten Abstand von ca. 6 m voneinander haben,

- anhand der entstehenden Photographien wird mit Hilfe eines Stereoplotters ein stereoskopisches, optisches Modell des Vermessungsobjekts angefertigt,

- an dem stereoskopischen, optischen Modell werden acht Sätze von Punkten in angemessener Anzahl gemessen, die an den acht herkömmlichen perimetrischen Orten photo-

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. grammetrischer Orientierung, gruppiert' sind und gleichmäßig zur Hälfte auf dem Uiveau der Kämme (positives Maximum) und zur-anderen Hälfte in den. Tälern" (negatives Maximum) * . der Wellen des Wassers oder, "des Bodens liegen, ~

- diese Messungen werden statistisch weiterverarbeitet und das durchschnittliche Uiveau der horizontalen Ebene bestimmt , , . ' : '

ι-

- das stsredskopische, optische Modell wird durch entspr.ecüaide Drehung auf der durchschnittlichen horizontalen Ebene·, korrekt ausgerichtet, ' " .

- an dem auf -diese Weis,e orientierten optischen Modell wird /im photographischen Maßstab die Länge des Kettenbogens bestimmt, der.zwischen den beiden Bezugsmarken oder Bezugs-' Signalen der Stahlkette liegt, indem die Summe der Längen ' kleiner Bogensegmente gebildet wird, die einem Kettenglied der Stahlket.te entsprechen,

- der Maßstab^ wird als das Verhältnis zwischen dem %estimmten Wert und dem exakt im voraus gemessenen Y/ert festgelegt, ·

- und dieser Maßstab wird zum Umwandeln, jeder linearen Messung an dem optischen Modell in die entsprechende Entfernung an dem tatsächlichen Vermessungsobjekt verwendet,

* Yermessungsverfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden synchronisierten photographischen Meßkameras mittels eines Trägers aus hochfestem Metall in einem exakt bekannten Abstand voneinander gehalten werden, an dessen Enden die Kameras orientierbar angebracht sind und.den

man freitragend aus den beiden Türen eines auf etwa 30 m über dem Vermessungsobjekt aufgestiegenen Hubschrauber ragen läßt,· , .

Vermessungsverfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden synchronisierten photograp-iischen Meßkameras mittels eines Trägers aus hochfestem Metall in exakt bekanntem Abstand voneinander gehalten werden, an dessen Enden die Kameras orientierbar angebracht sind und den man mit einem hohen Kran etwa 30 m über dem Vermessungsobjekt hält.

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