CC BY
91
УДК 528.8:69.001.5
О ВОЗМОЖНОЙ ИНТЕГРАЦИИ МЕТОДОВ ФОТОГРАММЕТРИИ И BIM-ТЕХНОЛОГИИ
Лариса Геннадьевна Евстратова
Государственный университет по землеустройству, 105064, Россия, г. Москва, ул. Казакова, 15, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии, тел. (499)261-5386, e-mail: lge_21@mail.ru
Отмечается быстрое развитие и распространение BIM-технологии и роль фотограмметрии в формировании 3Б-моделей, являющихся пространственной основой BIM. Показано, что современные методы фотограмметрии позволяют решать большую часть задач построения 3Б-моделей. Подчеркивается необходимость подготовки специалистов-фотограмметристов для обеспечения огромного объема работ при использовании BIM-технологии.
Ключевые слова: BIM-технология, фотограмметрия, реалистичные измерительные трехмерные модели городов, информационная модель объекта строительства, подготовка специалистов.
ON THE POSSIBLE INTEGRATION OF PHOTOGRAMMETRIC TECHNIQUES AND BIM TECHNOLOGIES
Larisa G. Evstratova
State University of land use planning, 15, Kazakova St., Moscow, 105064, Russia, Ph. D., Associate Professor, phone: (499)261-53-86, e-mail: lge_21@mail.ru
There has been a rapid development and spread of BIM technology and the role of photo-grammetry in the creation of 3D models which is the spatial basis for BIM. It is shown that modern photogrammetry methods allow us to solve most of the problems of creation 3D models. It emphasizes the need for training photogrammetry specialists to provide a huge amount of work using BIM technology.
Key words: BIM technology, photogrammetry, realistic measuring 3D city models, the information model of construction object, training of specialists.
С внедрением в России технологии информационного моделирования объектов строительства - BIM (Building Information Modeling) технологии, которая направлена на эффективное управление различной по типу информацией в течение всего жизненного цикла (проектирование, строительство, эксплуатация, реконструкция, капитальный ремонт, снос) здания или сооружения, наступает этап цифрового моделирования объектов массового строительства на различных стадиях жизненного цикла. BIM технология позволяет практически исключить ошибки, незапланированное увеличение затрат при проектировании, строительстве зданий (сооружение) и понизить эксплуатационные расходы [1].
Во многих странах мира (Германия, Великобритания, США, Франция, Финляндия, Сингапур, Китай и др.) разработаны стандарты BIM технологии и происходит бурное внедрение их при поддержке правительства [2]. В Германии Федеральное министерство транспорта и цифровой инфраструктуры планирует
до 2020 года поэтапное внедрение нового стандарта BIM для транспортно-инфраструктурных проектов, который направлен на полный переход к цифровому проектированию и строительства [3]. Для реализации BIM технологии требуются сбор и обработка огромного объема данных для создания базового проекта, а затем получение и обработка также больших объемов информации для обновления и детализации исходного проекта. Это требует развития принципиально новых подходов и технологий в проектировании и строительстве зданий и объектов инфраструктуры.
Одним из принципиальных отличительных этапов BIM технологии является трехмерная визуализация объектов строительства с семантической информацией всех элементов этого проектируемого, строящегося здания. На этапе проектирования и строительства трехмерная модель объекта, позволяет объединить в единую модель множество компонентов этого объекта (каркас и экстерьер здания, внутренняя планировка, сети инженерно-технического обеспечения и т.п.) созданных специалистами различных отделов, организаций и согласовывать их. Таким образом, трехмерная визуализация дает возможность на лету в привычном для человека ракурсе проверить и удостовериться в качестве работ всех задействованных специалистов. Это в свою очередь, позволяет на всех этапах работ выявлять ошибки, недостатки и благодаря раннему обнаружению и устранению их, вести бесперебойный ход строительства. Таким образом, для развития BIM технологии необходимо использовать современные цифровые фотограмметрические технологии.
Наземная фотограмметрия уже давно применяется в архитектуре и строительстве. Например, фотограмметрический метод позволяет быстро произвести обмер зданий, сооружений и получить их проекции на горизонтальную или вертикальную поверхность. Так в 1935 году А.М. Валуев стереофотограммет-рическим методом выполнил задачу точного обмера деталей четырех башен Московского Кремля [4].
Определение и слежение за деформацией инженерных сооружений, проектирование оптимальной трассы на местности при изыскании дорог, контроль точности монтажа крупнопанельных сооружений, подсчет объемы добычи угля открытым способом, определение параметров динамических процессов (движение водного потока) вот только некоторые задачи, которые решаются посредством методов стереофотограмметрии [4, 5].
Методы фотограмметрии основаны на возможности построения по снимкам пространственной модели, измерения которой обеспечивают высокую точность определения пространственных координат точек (элементов) объектов, его размеров, формы и пространственного положения, а также рельефа. С переходом на цифровые технологии для решения этих прикладных задач создаются фотограмметрическим способом и визуализируются цифровые измерительные реалистичные трехмерные модели (3 D модели) [6-9]. Для получения данных используются новейшие съемочные системы, в которых реализована одновременная фиксация данных о местности методами лазерного сканирования и сте-реофотосъёмки (например, Leica RCD30 Oblique), так и съемка с беспилотных
летательных аппаратов (БПЛА). Для обработки снимков разработаны достаточно эффективные автоматические алгоритмы идентификации соответственных точек (Global Matching и Semi Global Matching), обеспечивающие построение ЦМР и ЦМП.
Классический метод сбора информации для построения 3D моделей основан на процессах стереонаблюдения и стереовекторизации, которые выполняются операторами. Однако, в настоящее время широкое применение находят технологии построения 3D моделей основанные на формирование плотного «облака» точек по перекрывающимся фотоизображениям. Это обеспечивает практически полную автоматизацию процессов создания 3D моделей. В то же время, проблемой остается автоматическое дешифрирование плотного «облака» точек, т.е. отнесения каждой точки к заданному классу (основание здания, крыша, конек крыши, дымоход, растительность, рельеф и т.д.). Это узкое место данной технологии, которое требует дальнейшего исследования и развития.
Вне зависимости от выбранного фотограмметрического метода сбора координатной информации об объектах местности для создания реалистичной измерительной 3D модели необходимо сформировать реалистичные текстуры всех необходимых для визуализации объектов местности [10-12].
Выполненные автором экспериментальные исследования рассмотренных двух фотограмметрических методов построения реалистичных измерительных 3D моделей городской территории по различным материалам аэросъемки и возможности решения некоторых прикладных задач, позволяют выделить важные детали.
Положительным аспектом этих технологий является получение в процессе создания измерительных 3D моделей городов цифровых моделей: рельефа, местности, объектов (зданий, сооружений) по отдельности и ортофотопланов, которые сами являются самостоятельными продуктами и для многих исследователей представляют интерес.
На практике, возникает задача освободить 3D модель от второстепенных, мешающих деталей, то есть автоматизация процесса фильтрации плотного «облака» точек на этапе создания 3D моделей и автоматической коррекции фототекстуры. Эта задача является из одной наиболее важных и востребованных на этапе применения 3D моделей.
Рассмотрим пример, мониторинг строительных работ, для этого создается трехмерная модель всей площадки строительства, на которой присутствует строительная техника, различные места скопления материалов, мусора и тени различного происхождения (облака, деревья), т.е. все, что мешает восприятию объекта исследования, так называемые «шумы». Другим примером мониторинг состояния дорожного полотна, «шумом» будут являться автомобили.
При переходе к программным продуктам, которые позволяют визуализировать 3D модели, построенные фотограмметрическим методом и к продуктам, с помощь которых можно решать поставленную прикладную задачу, происходит потеря информации. Для устранения этих недостатков необходимо решить проблему унификации форматов данных.
Для повышения экономической эффективности необходима вычислительная оптимизация, совершенствование спецификаций и средств разработки, позволяющих использовать новые технологии при реализации вычислительных процессов. Одним из решений является так называемые облачные сервисы.
Рассмотренные примеры показывают необходимость интеграции методов фотограмметрии и BIM технологии, а также возможность уже в настоящее время применять автоматизированные фотограмметрические технологии. После внедрения технологии информационного моделирования объектов строительства появится предпосылка автоматического создания и обновления единой трехмерной модели городов, что создает основу для устойчивого развития инфраструктуры городов. Это относится как к новым объектам строительства, так и к уже существующим сооружениям. Создание информационной модели уже существующих зданий (сооружений) и включение их в единую трехмерную модель города по 2D чертежам не всегда доступно, поэтому самым эффективным инструментом являются фотограмметрические методы. Особые место занимают реалистичные измерительные 3D модели памятников архитектуры, которые важны для сохранения и восстановления исторического облика фасадов и всего архитектурного ансамбля в целом [13]. Таким образом, для фотограмметрии возникнет задача создания детальных измерительных трехмерных моделей для нового весьма обширного класса объектов.
В будущем все объекты BIM технологии создадут единую трехмерную модель городов, что создает основу для организации экологического благополучия, которое напрямую зависит от рационально использования и управления инфраструктурой городов.
Подводя итог краткому изложению проблемы развития и внедрения, отметим, что необходимым процессом является сбор данных дистанционными методами и фотограмметрическая обработка снимков. Несмотря на то, что современные методы фотограмметрии позволяют решать большинство задач для формирования 3D моделей необходимо сосредоточить внимание на дешифрировании изображений. Кроме того следует заметить что BIM технологии - новая весьма широкая сфера для применения фотограмметрических технологий, большой, новый рынок занятости для специалистов - фотограмметристов и выпускников ВУЗа по направлению «Фотограмметрия и дистанционное зондированию». Для успешного решения этой задачи следует:
- разрабатывать новые специализированные технологии для обеспечения данными BIM проекты;
- обучать студентов по направлению «Фотограмметрия и дистанционное зондирование» по переработанным специализированным программам (например, в рамках подготовки магистров), учитывающим все особенности новых технологий [14].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СП 333.1325800.2017 «Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла»:
утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 18 сентября 2017 г. № 1227/пр. : введен в действие с 19 марта 2018 г. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.minstroyrf.ru/upload/iblock/e80/SP-333.pdf (дата обращения: 17.03.2018)
2. The Business Value of BIM for Infrastructure 2017 [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.construction.com/toolkit/reports (дата обращения: 17.03.2018).
3. Phased introduction of Building Information Modelling (BIM) until 2020 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.bmvi.de/SharedDocs/EN/PressRelease/2015/152-dobrindt-bim.html (дата обращения: 15.03.2018).
4. Лобанов А.Н. Фотограмметрия. : учебник для вузов. - М. : Недра, 1984. - 552 с.
5. Гук А.П., Евстратова Л.Г. Мониторинг технических сооружений по ортофотопланам построенным по технологии true ortho // Всероссийская конф. «Обработка пространственных данных в задачах мониторинга природных и антропогенных процессов (SDM-2017)»: сб. трудов. (Бердск, 29-31 августа 2017 г.). - Новосибирск: ИВТ СО РАН, 2017. - С. 262-266.
6. Гук А. П., Лазерко М. М. Разработка методик создания 3D-моделей по аэрокосмическим снимкам высокого и сверхвысокого разрешения и другим данным дистанционного зондирования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 2. - С. 32-34.
7. Евстратова Л. Г. Использование «истинных» ортофотопланов (true ortho) в географических исследованиях // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Меж-дунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 2. - С. 24-28.
8. Devrim Akca, Mark Freeman, Armin Gruen, Isabel Sargent. Quality assessment of 3D building data by 3D surface matching // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. - Beijing, 2008. - Vol. XXXVII. - Part B2, CD-ROM.
9. Евстратова Л. Г. Создание «реальных» ортофотопланов (True Ortho) по аэрофотоснимкам с использованием программного комплекса INPHO // Геодезия и картография. -2011. - № 3. - С. 29-32.
10. Лазерко М. М. Анализ современных средств для создания трехмерных моделей по различным данным // ГЕО-Сибирь-2008. IV Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 5 т. (Новосибирск, 22-24 апреля 2008 г.). - Новосибирск : СГГА, 2008. Т. 3. - С. 122-126.
11. Журкин И. Г., Хлебникова Т. А. Результаты экспериментальных исследований технологии получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок // Геодезия и картография. - 2010. - № 7. - С. 27-31.
12. Гук А. П., Шляхова М. М. Некоторые проблемы построения реалистических измерительных 3D-моделей по данным дистанционного зондирования // Вестник СГУГиТ. -2015. - Вып. 4 (32). - С. 51-60.
13. Михайлов А. П., Перес Вальдез Мануэль де Хесус. Создание цифровых моделей памятников истории и архитектуры по материалам перспективной и плановой аэрофотосъемки // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - № 5. - С. 72-73.
14. Гук А. П., Евстратова Л. Г. Особенности подготовки широкого круга магистров методам обработки аэрокосмических снимков для создания различных видов продукции по данным дистанционного зондирования // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 1. - С. 7-11.
© Л. Г. Евстратова, 2018
