10913

81

Так, на этой фотографии трубы, обработанной в Pain t, отсчёт по левому концу рейки составил 1241 пкс, по правому отсчёт равен 4266 пкс,

На рис. 63а показана возможность определения крена путём фотографирования изображения трубы с отвесом в плоском зеркале, установленном в непосредствен ной близости от трубы. Рис. 63б наглядно демонстрирует, что с помощью фотографического способа с отвесом можно надёжно и просто получить максимум информации об искривлении ствола трубы без каких-либо материальных затрат и решения организационных вопросов.

Рис. 63. Фото графия изображения трубы в плоском зерккале (а) и искривлённой трубы (б)

В последующих р азделах будет показано, что хоро шие результаты даст сочетание способа вертикального проектирования с помощью тахеометра средней точки ве рхнего сечения на низ трубы с последующим фотографированием с близкого расстояния нижнего сечения с проекцией этой точки. Перспективной является также методика фотографирования ствола

82

трубы с отвесом по частям с одной точки стояния фотокамеры при разных углах наклона её оптическоё оси.

Следует также отметить простоту исполнения и обработки результатов фотографического способа с отвесом, который можно применять не только для одноразового контроля, но и для мониторинга вертикальности различных высоких зданий и сооружений, получая при этом максимум информации об исследуемом объекте. Для этого достаточно в каждом цикле наблюдений центрировать отвес и фотокамеру над одними и теми же точками и использовать одну и ту же камеру.

7.2 О фотографическом способе мониторинга крена высоких

сооружений башенного типа

Сущность фотографического способа мониторинга крена, например, дымовой трубы заключается в следующем (рис. 64а) [22].

Отвес

Рис. 64. Схемы к производству мониторинга крена дымовой трубы

В точке Ф устанавливают фотокамеру на таком расстоянии Ф-О, чтобы на будущей фотографии разместилось изображение всей трубы. Ориентируют оптическую ось фотокамеры на отмеченную заранее точку О1, фиксирующую направление на центр нижнего поперечного сечения трубы. На некотором расстоянии от фотокамеры располагают на линии Ф-О шнуровой отвес так, чтобы нить отвеса проектировалась на всю высоту трубы.

Этот отвес фотографируют на фоне исследуемого объекта. Выводят фотографию трубы на экран монитора и открывают файл, например, с помощью Paint. Дальнейшая обработка снимка заключается в следующем. Подводят курсор к левому краю, отвесу и правому краю трубы на уровне

83

его верхнего и нижнего сечений и берут отсчёты в пикселях (пкс) Л, О и П, соответствующие каждому положению курсора.

Определяют в пикселях расстояния ЛВ, ПВ и ЛН, ПН от отвеса до верхних и нижних краёв трубы как разность отсчётов по курсору О– Л и О–

причём в этих выражениях необходимо учитывать знаки ЛВ и ПВ.

Крен трубы К в пикселях равен величине В. В метрической системе единиц крен будет равен:

где δВ – размер одного пикселя для верхнего сечения трубы, мм/пкс.

Для контроля можно проверить расположение отвеса относительно центра нижнего сечения по нижним отсчётам ЛН, ОН и ПН по формуле

где – смещение отвеса относительно центра нижнего сечения, пкс, которое теоретически должно быть равно нулю; ЛН, ОН и ПН – отсчёты на уровне нижнего сечения, пкс.

Если подсчитанная по формуле (52) величина не равна нулю и оказалась со знаком плюс, то отвес смещён в левую сторону от центра нижне-

Такой мониторинг крена высоких сооружений башенного типа с помощью фотографического способа может осуществляться дискретно или непрерывно. Методика дискретного мониторинга заключается в периодическом расположении в постоянных точках фотокамеры и отвеса и фотографировании объекта с последующей обработкой снимка. Сравнение результатов, полученных в разных циклах, позволит судить о стабильном положении сооружения или нет. Методика непрерывного мониторинга может осуществляться с использованием, например, стационарно установленных видеокамеры и отвеса.

В результате экспериментальных исследований было установлено, что для максимального исключения влияния дисторсии объектива на получаемые результаты, необходимо стремиться к тому, чтобы отвес располагался как можно дальше от фотокамеры. Однако выполнение этого условия может привести к тому, что нить отвеса не будет распространяться на всю высоту трубы, а только на некоторую её часть.

84

Вэтом случае необходимо на снимке наложить на нить отвеса линию

ипродлить её на всю высоту трубы. что позволит реализовать рассмотренный далее новый фотографический способ продолженного отвеса. После этого, по изложенной выше методике, можно получить максимум информации о пространственном положении трубы на любом её уровне по высоте. В этом заключается одно из основных достоинств фотографического способа.

Обратим внимание, что в формуле (51) участвует величина δВ – размер одного пикселя для верхнего сечения трубы, мм/пкс. Как уже было сказано, размер одного пикселя можно определить как частное от деления известной длины некоторого базиса на снимке (мм) на количество пикселей содержащихся в этом базисе (пкс). На рис. 65 представлена схема к

определению размера одного пикселя при расположении фотокамеры на некотором расстоянии от оси трубы Ф-О = nR (где n – число укладываний радиуса R в расстоянии Ф-О).

Поперечное сечение трубы

4

d

Ф

Рис. 65. Схема к определению размера одного пикселя

При фотографировании трубы полученное на снимке изображение хорды (Л-П) не соответствует диаметру (1-2) её поперечного сечения, а всегда меньше его. Поэтому размер одного пикселя в метрической системе единиц для верхнего сечения трубы предлагается определять по формуле

Рис. 66. График зависимости коэффициента с от n

Анализ формулы (54) позволяет констатировать, что точность определения хорды Л-П предлагаемым способом в основном зависит от точности определения поправочного коэффициента с к радиусу сооружения R, то есть, согласно известного из теории ошибок выражения для ошибки

иметь среднюю квадратическую ошибку поправочного коэффициента:

O2

характер изменения которого при принятых значениях mn равных 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 иллюстрируется графиками на рис. 67.

Величина n

Рис. 67. Графики зависимости ошибки mc от величины n

На основании этих графиков можно констатировать. что при n равном 7 и более значения ошибки mc практически равны нулю. Поэтому формулу (56) можно представить в сокращенном виде:

В то же время увеличение расстояния фотографирования может отрицательно сказаться на точности измерения на снимке хорды Л-П, то есть на точности определения количества пикселей Л и П. А это, в свою очередь, влияет на точность определения размера одного пикселя δ.

На рис. 68 представлены подсчитанные по формуле (58) графики зависимости ошибки mЛ-П от с и mR. Анализ этих графиков позволяет конста-

Рис. 68. Графики зависимости ошибки mЛ-П от с и mR

где ошибка @[\ может быть принята равной 1 пкс.

Теперь, в соответствии с выражением (60) формула (59) примет вид:

Рис. 70. Графики зависимости ошибки mδв от n и mR

Следует отметить, что приведенным вариантом методики мониторинга крена не ограничиваются схемы его исполнения. Они могут быть самые различные. Во-вторых, вообще можно ограничиться только измерениями ЛВ, ПВ и ЛН, ПН и определить величину крена в относительной мере. Для этого следует найти количество пикселей Н, приходящихся на всю высоту трубы, и вычислить крен в относительной мере В/Н, который согласно СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» не должен превышать 0,005 для труб высотой < 100 м и 1/2Н – для труб большей высоты.

В нашей работе [6] и разделе 6.1 приведены результаты сравнения калибровки цифровой камеры Nikon COOLPIX S9100 по горизонтальному и вертикальному базисам. В частности установлено, что размеры одного пикселя (зависящие от расстояния между фотокамерой и объектом) в диапазоне измеряемых расстояний 3…30 м оказались совершенно одинаковыми как для горизонтального, так и для вертикального базиса, что подтверждает правомерность вычисления относительной величины крена В/Н

впикселях.

7.3Фотографический способ контроля вертикальности промышленных дымовых труб

Предлагаемая методика фотографического способа контроля вертикальности промышленных дымовых была опробована при определении крена дымовой трубы высотой 30 м и радиусами: поверху 1,3 м, понизу 2,0 м. Труба была сфотографирована с расположенной на некотором расстоянии от объектива фотокамеры нитью шнурового отвеса и приложенной к трубе 3-метровой нивелирной рейкой (рис. 71а). Измерения выполнялись циф-