Ближняя фотосъемка в геодезии

Ближняя фотосъемка (фототопография, наземная стереофотограмметрия) — метод получения метрических данных об объектах путём их фотографирования с близкого расстояния. В отличие от аэрофотосъёмки, камера располагается на земле или на высоте до 50 метров. Расстояние от объекта съёмки составляет от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров.

Основные области применения

Ближнюю фотосъемку используют для документирования архитектурных памятников, создания планов фасадов зданий, съёмки карьеров и откосов, фиксации деформаций инженерных сооружений. Метод незаменим при обследовании труднодоступных объектов — башен, мостов, скальных массивов, где прямые измерения затруднены или опасны.

В археологии метод применяют для фиксации раскопов и артефактов. В промышленности — для контроля геометрии крупногабаритных конструкций. В криминалистике — для документирования мест происшествий и вещественных доказательств.

Технология проведения съёмки

Съёмку выполняют фотокамерой с известными параметрами (фокусным расстоянием, координатами главной точки, дисторсией). Объект фотографируют минимум с двух точек, образуя стереопару. Базис съёмки (расстояние между точками) выбирают равным 0,1–0,3 расстояния до объекта. При этом перекрытие снимков должно составлять не менее 60%.

На объекте или вблизи него размещают опорные марки с известными координатами — минимум 4 точки для одной стереопары. Марки измеряют тахеометром или GPS-приёмником. Это обеспечивает привязку фотоснимков к единой системе координат.

Обработка материалов съёмки

Полученные снимки обрабатывают в специализированном программном обеспечении: Agisoft Metashape, Pix4D, RealityCapture, PhotoModeler. Процесс включает калибровку камеры, взаимное ориентирование снимков, построение облака точек и трёхмерной модели.

На выходе получают цифровую модель объекта, по которой измеряют координаты точек, расстояния, площади, объёмы. Точность измерений составляет 1:1000–1:5000 от расстояния до объекта. При съёмке с 10 метров погрешность — 2–10 миллиметров.

Оборудование и требования

Для съёмки используют цифровые фотокамеры с разрешением от 12 мегапикселей и несменной оптикой (для стабильности калибровки) или профессиональные зеркальные камеры с фиксированным фокусным расстоянием. Оптимальные фокусные расстояния — 24–50 мм для архитектурных объектов, 50–85 мм для детальной съёмки.

Обязательны штатив для обеспечения неподвижности камеры, рулетка или дальномер для измерения базиса, опорные марки (контрастные круглые или крестообразные знаки). Для съёмки крупных объектов требуется тахеометр или GPS-приёмник для определения координат опорных точек.

Преимущества метода

Ключевое преимущество — бесконтактность измерений. Не требуется физический доступ ко всем точкам объекта. Один комплект снимков можно многократно использовать для разных измерений без повторного выезда на объект.

Метод обеспечивает полную визуальную фиксацию состояния объекта на момент съёмки. Создаётся архив, позволяющий через годы провести дополнительные измерения или сравнительный анализ деформаций. Стоимость оборудования в 5–10 раз ниже лазерного сканирования при сопоставимой точности для многих задач.

Ограничения и недостатки

Метод требует хорошего освещения объекта. Съёмка в сумерках, тумане или при контровом свете даёт некачественные результаты. На объекте должна присутствовать текстура — гладкие однотонные поверхности плохо распознаются программным обеспечением.

Точность снижается с увеличением расстояния до объекта. Для крупных сооружений (плотины, большие здания) может потребоваться несколько десятков станций съёмки. Обработка большого массива снимков требует производительного компьютера и занимает от нескольких часов до суток.

Сравнение с другими методами

По сравнению с лазерным сканированием, фотограмметрия дешевле по оборудованию, но требует больше времени на обработку. Сканер даёт облако точек сразу, фотограмметрия — после расчётов. Точность сканирования выше на расстояниях более 50 метров.

Относительно традиционных тахеометрических измерений, фотосъёмка быстрее в полевых условиях (1–2 часа вместо полного рабочего дня для фасада здания), но требует камеральной обработки. Тахеометр даёт точные координаты отдельных точек, фотограмметрия — сплошную модель всей поверхности.

Современные тенденции

Развитие технологии связано с применением беспилотных летательных аппаратов для съёмки фасадов высотных зданий и труднодоступных объектов. БПЛА с камерой заменяет подъёмную технику и снижает риски для персонала.

Совершенствование алгоритмов автоматической обработки сокращает время работы. Технология Structure from Motion позволяет обрабатывать снимки с любительских камер и смартфонов, получая модели точностью достаточной для многих инженерных задач. Облачные сервисы обработки устраняют требования к производительности компьютера заказчика.