DK163899B - Fremgangsmaade ved stereofotogrammetrisk opmaaling af store genstande paa hav eller land - Google Patents

Description

i

DK 163899 B

Opfindelsen angår en ny fremgangsmåde ved stereo-fotogrammetrisk opmåling, ved hvilken der med betydelige besparelser i tid og udgifter på yderst enkel og driftssikker måde kan foretages detaljerede højpræcisionsopmå-5 linger af store genstande af forskellig form, selv når disse genstande befinder sig i ubekvemme og relativt svært tilgængelige positioner.

Udover den konventionelle, direkte metode, hvor der anvendes metalbånd med dynamometre, kender man diverse 10 målemetoder til f.eks. topografisk og geodætisk opmåling under anvendelse af specifikke instrumenter, såsom teodolitter, tachometre, elektroniske afstandsmåleapparater og koincidens- eller stereoskopitelemetre. Når dimensionerne og den indviklede form af den genstand, der 15 skal måles op, imidlertid indebærer indsamling af store mængder data sammen med statistisk behandling, bliver de nævnte metoder klart upraktiske og uøkonomiske.

I så fald anvender man stereofotogrammetri, der på grund af sin effektivitet er en meget anvendt metode, 20 som f.eks. benyttes til planimetrisk eller altimetrisk opmåling af stillestående genstande på land, f.eks. huse, ruiner, konstruktioner, osv., eller opmåling af landområder til brug ved f.eks. planoaltimetrisk topografi, kartografi, osv.

25 Stereofotogrammetri er i hovedsagen baseret på den teknik, hvor der foretages opmåling af en genstand, ikke på selve genstanden, men på et tredimensionelt fotografisk billede af genstanden eller på en optisk, stereoskopisk model, der med hensyn til formen og de rumlige 30 dimensioner gengives af en stereoplotter, under anvendelse af mindst et par fotografier af genstanden, taget fra to forskellige optagepunkter.

Den kendte metode til stereofotogrammetrisk opmåling går i hovedsagen ud på fra to forskellige punkter 35 at tage mindst et par fotografier af en genstand, der skal måles op, med henblik på opnåelse af stereoskopiske

DK 163899 B

2 billeder af selve genstanden. Man bestemmer på forhånd de rumlige koordinater af mindst fem karakteristiske punkter på selve genstanden og nær ved genstanden, hvilke punkter er nødvendige til utvetydig og eksakt gen-5 skabelse af en parallaxfri, stereoskopisk model* til placering og orientering af modellen i rummet ved passende rotation, indtil modellen ligger fuldstændig vandret, og endelig til præcis bestemmelse af selve den stereoskopiske models planimetriskala, idet bestemmelsen af nævn-10 te fem punkters x, y og z-koordinater foretages ved konventionelle topografiske metoder. Der foretages på laboratoriet en rekonstruktion af et tredimensionelt billede eller en optisk model af den genstand, der skal måles op, ved hjælp af en stereoplotter på basis af nævnte foto-15 grafier, og efter korrekt orientering af modellen udføres de fornødne målinger på modellen i stedet for på genstanden, idet man allerede kender den skala, med hvilken en hvilken som helst lineær måling på den optiske model kan omdannes til en tilsvarende afstand på selve genstan-20 den. Til sidst optages måleværdierne på bånd, og de behandles elektronisk med henblik på opnåelse af grafiske resultater, som tegnes med en plotter, eller numeriske resultater i databehandlet tabelform.

Denne metode har imidlertid den ulempe, at den ikke 25 egner sig til visse opmålinger, hvor det af praktiske og for operatøren sikkerhedsmæssige grunde, såsom utilgængelige og/eller farlige omgivelser, kort tid til rådighed på grund af konstruktionsstedets natur eller andre tilfældige årsager, er umuligt at foretage den forudgå-30 ende bestemmelse af de fem punkters rumlige koordinater.

Dette er generelt tilfældet ved opstilling af olieboreplatforme på åbent hav, hvor det med henblik på opstilling af anlægget efter det såkaldte "enkeltrørsystem" og efter at bærerørene er blevet ført ned i havbunden, 35 er nødvendigt at foretage en præcis måling af afstanden mellem rørendernes centre for herved at muliggøre en

DK 163899 B

3 korrekt udformning af den overliggende platform, hvis ben præcist skal placeres i anlæg mod rørenderne. I dette tilfælde skal man løse det problem, at man med en præcision på 1-2 cm skal kunne måle afstanden mellem 5 centralpunkterne, som ikke engang er markerede, på tre eller mere end tre bærerør, der har en diameter på 2-3 m og rager 8-12 m over havet, ligger i en afstand på 20-30 m fra hinanden og befinder sig 20-50 km fra kystlinien.

10 Dertil kommer, at hvert bærerør skal undersøges for eventuelle uregelmæssigheder i omkreds og tykkelse., for tilstedeværelsen af buler fremkaldt ved kollision med skibe, samtidig med at man skal kontrollere den vertikale nøjagtighed, hvormed bærerørene er blevet ført ned i 15 havbunden, hvilket indebærer, at der skal foretages flere målinger, som kun kan gennemføres ved den stereofoto-grammetriske metode. Når man imidlertid skal tage hensyn til operatørsikkerheden, bliver det umuligt med tilstrækkelig præcision direkte at foretage de fornødne målinger, 20 hvorfor man ikke kan anvende denne kendte metode.

Opfindelsen tager sigte på at afhjælpe de ovenfor nævnte ulemper ved at give anvisning på en ny fremgangsmåde ved opmåling, hvor der anvendes stereofotogrammetri, men hvor der ikke kræves direkte målinger på den genstand, 25 der skal måles, hvorved der opnås mulighed for nem og præcis opmåling af genstande, der befinder sig i ubekvemme og relativt svært tilgængelige positioner, f.eks. bærerørene til offshore-opstilling af olieboreplatforme.

Dette opnås i hovedsagen ved, at de fotografiske 30 billeder af den genstand, der skal måles op, tages fra en afstand på ca. 30 m ved hjælp af to fotokameraer, der er synkroniserede og befinder sig i kendt afstand, f.eks.

6 m, fra hinanden, hvilket er velegnet til opnåelse af den fornødne nøjagtighed i dybdemåling med stereoplotte-35 ren, med en maksimal tilladelig fejl på - 1 cm. På denne måde opnås der en korrekt stereoskopisk model, på hvilken der kan foretages præcise målinger, ikke alene af

DK 163899 B

4 stationære genstande, såsom bærerørene til offshore-plat-forme, men også af bevægelige genstande, f.eks. vandspejlet, f lydelegemer, hængende kabler, osv.

Ved i billedfeltet blot at indføre et referenceele-5 ment såsom en ustrækkelig stålkæde, der ikke kan "kinke", og hvis længde på forhånd er blevet målt med præcision, er der opnået mulighed for ikke alene at foretage korrekt orientering af den stereoskopiske model, men også på grundlag heraf at opnå enhver lineær måling af genstan-10 den, eftersom planimetriskalaen nemt kan bestemmes.

Fremgangsmåden ved stereofotogrammetrisk opmåling af store genstande, først og fremmest på havet, men også på land, og hvor der ved hjælp af en stereoplotter dannes en stereoskopisk, optisk model af den genstand, der skal 15 måles op, ved hjælp af mindst ét par fotografier af genstanden taget fra to forskellige optagepunkter, er ifølge opfindelsen ejendommelig ved følgende trin i rækkefølge: - til den genstand, der skal måles op, fastgøres der en ustrækkelig stålkæde, der ikke kan "kinke", hvilken 20 kæde fastgøres således, at den altid er fuldstændig syn-lig, og bærer to reference- eller signaleringsmærker i kendt, på forhånd præcist målt, indbyrdes afstand, hvilke mærker er således indrettede, at de klart kan ses på fotogrammer, der tages fra en afstand på 30-40 m, 25 - fra en afstand på ca. 30 m foretages der fotografe ring af den genstand, der skal måles op, ved hjælp af to synkroniserede målekameraer, der befinder sig i nøjagtigt kendt indbyrdes afstand på ca. 6 m, - ved hjælp af en stereoplotter tilvejebringes der en 30 stereoskopisk, optisk model af genstanden på basis af disse to fotografier, - på denne stereoskopiske, optiske model måles der otte sæt punkter i passende antal, grupperede ved de otte sædvanlige periferiske, fotogrammetriske orienterings- 35 steder, med det halve af dem svarende til toppene (positivt maksimum) på krusningerne eller bølgerne på vandet

DK 163899 B

5 eller grunden og med den anden halvdel svarende til bølgedalene (negativt maksimum), - der foretages statistisk behandling af måleværdierne med henblik på bestemmelse af det vandrette middel- 5 plan, - der foretages korrekt orientering af den stereoskopiske, optiske model på dette vandrette middelplan ved en passende rotation, - på denne således orienterede, optiske model fore-10 tages der med fotograferingsskalaen en måling af længden af kædelinien mellem de to reference- eller signalerings-mærker på kæden ved at tage summen af længderne af de små bueafsnit, der svarer til et led af kæden, - skalaen bestemmes som forholdet mellem den fundne 15 værdi og den på forhånd præcist målte værdi, og - denne skala benyttes til omdannelse af en hvilken som helst lineær måling på den optiske model til den tilsvarende afstand på den pågældende genstand.

I henhold til en hensigtsmæssig udførelsesform for 20 opfindelsen befinder de to synkroniserede målekameraer sig i nøje defineret afstand fra hinanden på en bjælke af højstyrkemetal, såsom Duralumin, specialstål, osv., ved hvis ender de nævnte kameraer er monterede på orien-terbar måde, hvilken bjælke rager fritbærende ud fra de 25 to døre på en helikopter.

X henhold til endnu en hensigtsmæssig udførelsesform for opfindelsen er den metalbjælke, der bærer de to kameraer, anbragt i et bur, der bæres af en stor kran (maksimal højde 30 m).

30 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor et udførelseseksempel illustrerer udøvelsen af fremgangsmåden i-følge opfindelsen i forbindelse med opstilling af en offshore-platform med henblik på nøjagtig bestemmelse 35 af afstanden mellem centralpunkterne på enderne af tre bærerør eller -søjler, der er ført ned i havbunden.

DK 163899 B

6

Fig. 1 illustrerer det trin, ved hvilket en kæde af kendt længde ophænges mellem to af disse bærerør, fig. 2 illustrerer det trin, ved hvilket der i henhold til en foretrukken udførelsesform tages et fotogra-5 fi fra en helikopter, fig. 3 illustrerer det trin, ved hvilket der i henhold til endnu en foretrukken udførelsesform tages et fotografi ved hjælp af en stor kran, og fig. 4 illustrerer den stereoskopiske, optiske mo-10 del, der tilvejebringes ved hjælp af stereoplotteren, og på hvilken målingerne foretages.

Ved 1, 2 og 3 på tegningerne vises tre bærerør, der i en afstand på 20-50 km fra kystlinien 5 er ført ned i bunden af havet 4. Disse rør har en diameter på 15 2-3 m og rager 8-12 m op over havet og skal tjene til at bære en platform, hvis ben nøjagtigt skal monteres på enderne af disse rør.

Når fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal bringes til udøvelse med henblik på bestemmelse af afstanden 20 mellem de ikke-markerede centralpunkter på de tre rør, hænger man mellem de to rør 1 og 2 ved hjælp af et fartøj 6 en ustrækkelig stålkæde 7, der ikke kan "kinke", og som er fast forbundet med to reference- eller signaleringsmærker 8 og 9. Afstanden mellem disse mær-25 ker er på forhånd målt med præcision på laboratoriet.

De to referencemærker 8 og 9 har en sådan størrelse, at de sammen med kædens enkelte led tydeligt kan ses på fotografier, der er taget fra en afstand på ca.

30-40 m, og kæden spændes så meget, at den aldrig rører 30 vandoverfladen 4,

Dette system med rør og kæde fotograferes ved hjælp af to synkroniserede målekameraer 10 og 11, der på orienter bar måde er påmonterede enderne af en ca. 6 m lang bjælke 12 af højstyrkemetal, der fritbærende rager ud 35 fra de to døre på en helikopter 13, som befinder sig i en højde på ca. 30 m.

DK 163899 B

7

Som en anden mulighed kan bjælken 12 med de to ved enderne monterede kameraer 10 og 11 anbringes i et bur 14 (fig. 3), der ved hjælp af en stor kran 15 bæres i en højde på ca. 30 m.

5 De to fotografier, der tilvejebringes på denne måde, placeres derefter i en stereoplotter, der frembringer en stereoskopisk, optisk model (fig. 4) af den fotograferede genstand.

På denne model og ved hjælp af stereoplotterens be-10 vægelige pil foretages der ved hvert af de otte konventionelle periferiske steder 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 og 23 for fotogrammetrisk orientering en bestemmelse af dybden (z-akse) af et passende antal punkter 161 ....

23 , hvoraf den ene halvdel befinder sig på toppen (po-15 sitivt maksimum) og den anden halvdel på bunden (negativt maksimum) af bølgerne på vandoverfladen 4. Middelværdien af disse målinger giver middelniveauet af vandoverfladen, dvs. det middelplan, der skal være vandret.

Ved en passende rotation af den optiske model kan 20 niveauet for de otte steder bringes til at falde sammen med det bestemte middelplan.

På den således orienterede, optiske model og igen under anvendelse af stereoplotterens skala er det nu muligt med den fotografiske skala nøjagtigt at måle læng-25 den af kædelinien mellem de to godt synlige referenceeller signaleringsmærker 8 og 9 på kæden 7.

Denne måling foretages ved at tage summen af længderne af små bueafsnit svarende eksempelvis til ét led (også synligt) af kæden.

30 Ved nu at tage det direkte forhold mellem den såle des bestemte værdi og den på forhånd præcist målte længde af kæden mellem mærkerne 8 og 9 får man en konver-sionsfaktor, med hvilken en hvilken som helst reel afstand kan bestemmes på basis af en tilsvarende lineær 35 måling på modellen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde ved stereofotogrammetrisk opmåling af store genstande på havet eller på land, og hvor der ved hjælp af en stereoplotter dannes en stereoskopisk, optisk model af den genstand (1-3), der 5 skal opmåles, ved hjælp af mindst et par fotografier af genstanden, taget fra to forskellige optagepunkter, kendetegnet ved følgende trin i rækkefølge: - den genstand (1-3), der skal opmåles, fastgøres der en ustrækkelig stålkæde (7), der ikke kan 10 "kinke", hvilken kæde fastgøres således, at den altid er fuldstændig synlig, og bærer to reference- eller signaleringsmærker (8,9) i kendt, på forhånd præcist målt, indbyrdes afstand, hvilke mærker er således indrettede, at de klart kan ses på fotogrammer, der tages 15 fra en afstand på 30-40 m, - fra en afstand på ca. 30 m foretages der fotografering af den genstand, der skal opmåles, ved hjælp af to synkroniserede målekameraer (10,11), der befinder sig i nøjagtigt kendt indbyrdes afstand på ca. 6 m, 20. ved hjælp af en stereoplotter tilvejebringes der en stereoskopisk, optisk model af genstanden på basis af disse to fotografier, - på denne stereoskopiske, optiske model måles der otte sæt punkter ( 16'-23') i passende antal, grup- 25 perede ved de otte sædvanlige periferiske, fotogrammetriske orienteringssteder (16-23), med det halve af dem svarende til toppene (positivt maksimum) på krusningerne eller bølgerne på vandet eller grunden og med den anden halvdel svarende til bølgedalene (negativt mak- 30 simum), - der foretages statistisk behandling af måleværdierne med henblik på bestemmelse af det vandrette middelplan, - der foretages korrekt orientering af den 35 stereoskopiske, optiske model på dette vandrette middelplan ved en passende rotation, DK 163899 B 9 - på denne således orienterede optiske model foretages der med fotograferingsskalaen en måling af længden af kædelinien mellem de to reference- eller signaleringsmærker (8,9) på kæden ved at tage summen 5 af længderne af de små bueafsnit, der svarer til et led af kæden, - skalaen bestemmes som forholdet mellem den fundne værdi og den på forhånd præcist målte værdi, og - denne skala benyttes til omdannelse af en 10 hvilken som helst lineær måling på den optiske model til den tilsvarende afstand på den pågældende genstand (1-3).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de to synkroniserede målekameraer 15 (10,11) befinder sig i nøje defineret afstand fra hin anden på en bjælke (12) af højstyrkemetal, såsom Duralumin, specialstål, osv., ved hvis ender de nævnte kameraer er monterede på orienterbar måde, hvilken bjælke rager fritbærende ud fra de to døre på en heli- 20 kopter.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de to synkroniserede målekameraer (10,11) befinder sig i nøje defineret afstand fra hinanden på en bjælke af høj styrkemetal, såsom Duralumin, 25 specialstål, osv., ved hvis ender de nævnte kameraer er monterede på orienterbar måde, hvilken bjælke er anbragt i et bur, der bæres af en stor kran (15).