|
Фотограмметрические лаборатории, выполняющие обмеры памятников архитектуры, имеются в настоящее время во многих проектных организациях. Следует иметь в виду, что только благодаря широкому внедрению фотограмметрии при обмерах стало возможным провести в России за последние годы огромные объемы работ по реставрации памятников истории и культуры.
Основными задачами архитектурной фотограмметрии являются:
1) фотограмметрические обмеры и исследования памятников архитектуры;
2) создание базы данных о памятниках архитектуры и окружающей застройке;
3) фотограмметрическая съемка исторической застройки с точек визуального восприятия;
4) определение осадок и смещений сооружений.
Как правило, архитектурные обмеры выполняются для
объектов, подлежащих немедленной реставрации и реконструкции. Большинство ценнейших строений подвержено неизбежным разрушениям. В связи с этим, актуальной является проблема точной фотофиксации памятников архитектуры, которая состоит в фотографировании объекта с помощью метрической фотокамеры. Полученные снимки-фотограммы используются для создания цифровой модели памятника архитектуры. Информация о памятнике архитектуры в виде фотограмм и цифровых моделей может храниться в течение длительного времени, а в случае необходимости служить основой для создания обмерных чертежей и последующей реставрации и восстановления.
В 1987 г. ИКОМОС принято обращение ко всем странам по организации общегосударственных фотограмметрических архивов о памятниках истории и культуры, причем речь идет об архивах, содержащих не только старые (архивные) и любительские фотографии, но и современные с высокими изобразительными и метрическими свойствами, полученные с применением специальных фотокамер. Вариант схемы создания фотограмметрического архива памятника архитектуры (по А.А. Пилипайтису) приведен на схеме 1. В нашей стране архивы снимков имеются в ряде НИИ и проектных институтах. В настоящее время Главным управлением охраны памятников (ГУОП) г. Москвы ведутся работы по созданию компьютерной базы данных (БД) о памятниках, ансамблях и достопамятных местах Москвы и Московской области.
Актуальной проблемой является сохранение исторической застройки в центрах городов, вокруг памятников архитектуры. Постройка крупных диссонансных зданий вблизи одно-трехэтажных домов в исторической среде является ошибкой в профессиональной деятельности архитектора. К сожалению, можно привести множество примеров таких градостроительных просчетов: в Москве это здание гостиницы Россия, расположенной вблизи Московского Кремля.
В процессе реконструкции застройки необходимо гармонично включить новые здания и сооружения в существующий городской ландшафт, не нарушить целостности восприятия архитектурных ансамблей. Проведение фотограмметрической съемки центров исторических городов с точек зрительного восприятия застройки улиц и площадей позволяет выполнить визуальный ландшафтный анализ каждого архитектурного проекта. В МАРХИ совместно с ЦНИИП-градо-строительства (С.К.Регамэ, Н.В.Усова) разработана методика фотограмметрической съемки городского ландшафта и анализа предлагаемых проектов застройки. Данная методика была успешно внедрена в практику архитектурного проектирования ряда исторических городов России, таких как Москва, Ярославль, Перес лав ль-Залесский, Тверь, Новгород и др. Методика позволяет прогнозировать возможность размещения застройки различной этажности на территории го-
Со временем неизбежно происходят деформации и разрушения сооружений. Причины могут быть различные: природные условия, деятельность человека, а также конструктивные особенности самого объекта. Выявление, учет и измерение осадок, кренов, трещин и разломов зданий и сооружений выполняется геодезическими и фотограмметрическими методами.
8.3. Методы обмеров архитектурных сооружений. Виды обмерных чертежей, их точность
В практике реставрационных работ применяются следующие методы обмеров: фотограмметрический, геодезический и натурный или ручной. В свою очередь фотограмметрический метод включает три основных способа создания обмерных чертежей: аналоговый, аналитический и цифровой. Достоинства фотограмметрического метода неоспоримы, в особенности при обмерах фасадов высоких зданий с наличием лепнины, элементов сложной геометрической формы, например, многоглавых храмов. Нарис. 72, 73 приведена стереопара снимков и обмерный чертеж купола собора Санта-Мария
дель Фьоре во Флоренции (арх. Ф. Брунелески). На рис. 74 дан обмерный чертеж восточного фасада Преображенской церкви на о. Кижи. Обмерные чертежи составлены по данным фотограмметрических обмеров.
В геодезическом методе измерения выполняются с помощью теодолита, тахеометра, нивелира и других инструментов. Этот метод используется главным образом для создания планово-высотной сети, являющейся основой всего комплекса работ по обмерам и исследованию фасадов и интерьеров здания. Кроме того, геодезические измерения выполняются
для обмеров элементов объекта, недоступных для фотосъемки. Геодезический метод уступает фотограмметрическому по
трудоемкости и стоимости работ.
Метод натурных (ручных) обмеров основан на измерении объектов с помощью лент, рулеток, отвесов, уровней, так называемого «водяного нивелира», т.е. с использованием простейших измерительных средств. Этот метод был долгое время единственно возможным. Обмерные чертежи, выполненные в конце XIX и в XX веке такими выдающимися архитекторами как П.П.Покрышкин, П.Д.Барановский и др., являются непревзойденными шедеврами мастерства. Метод натурных обмеров не утратил своего значения в настоящее время, он применяется для обмеров небольших строений (павильонов, беседок), интерьеров зданий, а также архитектурных деталей, доступных для непосредственного измерения. Процесс составления обмерных чертежей по данным натурных измерений можно выполнить на персональном компьютере.
Парис. 75 приведен пример натурного обмера интерьера храма, чертежи составлены на PC в AutoCAD. В настоящее время метод натурных обмеров заменяется более прогрес-
Рис. 75. Натурные об- сивными методами: фотограмметрическим и геодезическим.
меры церкви (план) При обмероах крупных сооружений натурный метод не обес
печивает необходимой точности, малопроизводителен и трудоемок. Стоимость работ при использовании метода натурных обмеров значительно выше, чем в других методах. Выбор метода обмеров зависит в основном от особенностей обмеряемого сооружения: его формы и размеров, конфигурации, от расположения его в системе существующей застройки и ландшафта, от степени необходимой детализации, а также от требуемой точности обмерных работ. Как правило, при обмерах памятников архитектуры применяется комбинированный метод, т.е. сочетание всех трех методов. В процессе обмеров архитектурных сооружений выполняются следующие работы:
— измеряются общие габариты объекта;
— определяются размеры деталей (например, дверных и оконных проемов);
— устанавливается геометрическая форма отдельных элементов (например, кривая арки);
— определяется пространственное положение объекта (горизонтальность, вертикальность, ориентация в пространстве);
— определяются архитектурные связи между различными формами здания.
В настоящее время результаты обмеров представляются главным образом в виде чертежей, составленных в ортогональной проекции: планы, фасады, разрезы. Кроме того, путем сканирования снимков и последующей их компьютерной обработки на Цифровой фотограмметрической системе ЦФС (см. ниже) возможно получение новых видов обмерных чертежей: например, ортофотоплана фасада (интерьера) здания, цифровой модели объекта, его изображения в аксонометрической проекции с наложением текстуры.
В комплект обязательных материалов обмеров архитектурного сооружения должны входить: обмерные чертежи фасадов, поэтажные планы интерьеров, генеральный план здания (план внешнего контура), разрезы (сечения), каталог координат опорных точек, чертежи деталей фасадов и инте-рьеров.
Все черновые зарисовки (абрисы, кроки), а также фотоснимки являются ценным документальным материалом и должны быть сохранены.
Обмеры являются составной частью работ по изучению и исследованию памятников архитектуры с целью их реставрации и реконструкции. От качества выполнения обмеров во многом зависит качество проекта реставрации памятника архитектуры. Требования к точности и детальности обмеров различны и зависят от многих факторов: цели обмеров, ар
хитектурно-исторической ценности памятника архитектуры, от его состояния, планов дальнейшего приспособления и др. Как правило, наибольшая точность предъявляется к обмерам древних памятников архитектуры, когда необходимо установить точные формы и размеры деталей фасадов и интерьеров, зафиксировать признаки разрушений и следы более ранних построек.
В качестве точностных характеристик обмерных работ, международный комитет по архитектурной фотограмметрии рекомендует использовать показатели, приведенные в табл. 18.
Таблица 18. Характеристики точности обмерных работ
Тип измерений | Предельные погрешности, см | Масштаб | Вид работ | |
| основных | вспомогательных |
|
|
Высокоточные | 0,3-0,5 | 1-1,5 | 1:20 | Чертежи |
Точные, II | 1-2 | 3-5 | 1:50 | Чертежи |
Точные, III | 3-5 | 10-15 | 1:100 | Чертежи |
Технические, IV | 10-15 | 20-30 | 1:200 | Разрезы, обзорные чертежи |
Технические, V | 20-30 | 30-50 | 1:500 | Разрезы, схемы |
В России чертежи деталей принято представлять в масштабах 1:2... 1:20. Требования к точности обмеров должны быть необходимыми и достаточными. Например, при обмерах построек классицизма XVIII — начала XX веков, где много повторяющихся деталей, более точно следует измерить детали, где возможны оптические поправки, например, портики и колоннады.
8.4. Проект производства обмерных работ
Обмеры выполняются специализированной группой, в состав которой входят геодезисты, фотограмметристы, архитекторы, инженеры-конструкторы и др. Такие группы имеются в настоящее время в большинстве проектных организаций, выполняющих реставрацию памятников архитектуры.
Работы по обмерам архитектуры выполняются в следующей последовательности:
— предварительное обследование памятника архитектуры, окружающей застройки и ландшафта с составлением проекта производства обмерных работ;
— создание планово-высотной основы;
полевые работы: фотосъемка, геодезические и натурные измерения;
• камеральные работы по фотограмметрической и компьютерной обработке данных полевых работ с составлением обмерных чертежей.
В результате обследования памятника архитектуры, окружающей застройки и ландшафта разрабатывается проект производства обмерных работ: определяются способы создания планово-высотной основы, подбираются инструменты и приборы для полевых и камеральных работ, методы фотограмметрических измерений. Кроме того, устанавливается необходимая точность выполнения обмеров, состав документации, стоимости, сроки.
8.5. Планово-высотная основа для производства архитектурных обмеров
Планово-высотная основа - - это система точек, для которых определены координаты X, Y и высоты Н. Такие точки называются опорными, они обесжечивают необходимую точность выполнения обмерных работ в единой системе координат и высот. Опорные точки намечаются как непосредственно на обмеряемом памятнике архитектуры, так и за его пределами.
При производстве обмеров в целях разработки проектов реставрации необходимо выполнить привязку опорной сети к пунктам государственной геодезической сети. Это требование особенно важно соблюдать при обмерах архитектурных комплексов: крепостей, монастырей, усадеб. Выполнение обмерных работ в государственной системе координат и высот позволяет осуществить увязку проекта с существующей планировкой территории.
Способы создания планово-высотной основы для обмерных работ аналогичны применяемым в процессе крупномасштабной топографической съемки застроенной территории: теодолитные и нивелирные ходы, микротриангуляция и пр. Наиболее распространенным способом создания плановой основы является замкнутый теодолитный ход, проложенный вокруг памятника архитектуры (рис. 76). Точность угловых и линейных измерений при проложении хода предопределяется требуемой точностью обмерных работ. Как правило, средняя квадратическая ошибка измерения углов равна 30", относительная ошибка измерения сторон не должна быть более 1/2000. Стороны хода измеряются стальной компариро-ванной лентой (или рулеткой) в прямом и обратном направлении, а утлы - - теодолитом, например, 4Т30. Высотной осно-
вой обмеров, как правило, является нивелирный ход технической точности, проложенный по точкам теодолитного хода.
В процессе проложения теодолитного и нивелирного ходов производятся измерения для определения координат и высот дополнительных опорных точек, необходимых для детальных обмеров фасадов и интерьеров зданий. К таким точкам относятся: углы зданий, дверные и оконные проемы, створные точки, расположенные в створах сторон теодолитного хода напротив входов.
Для обмеров внутренних помещений от створных точек прокладываются вспомогательные теодолитные ходы. Координаты углов зданий, выступов стен, оконных и дверных проемов определяются по данным измерений способами: полярных координат, линейной засечки и др. Опорные точки следует располагать выше цоколя здания. Высоты опорных точек определяются в основном путем геометрического и тригонометрического нивелирования.
Невязка ходов технического нивелирования не должна превышать ±50 мм VI, где L - - длина хода в км. На линиях со значительными уклонами, когда число станций на 1 км хода больше 25, предельную невязку можно подсчитать.
8.6. Проведение нулевой линии на фасадах и в интерьерах зданий
При обмерах зданий высоты точек измеряются относительно «нулевой линии», которая обозначается на стенах по всему периметру здания. Расстояние от земли или от пола до нулевой линии выбирается с таким расчетом, чтобы было удобно делать измерения. Например, нулевую линию обозначают краской на нижнем уровне оконного проема первого этажа. Нулевую линию точнее и проще провести с помощью нивелира. Инструмент устанавливается вблизи стены здания, берется отсчет по рейке, расположенной на начальной точке нулевой линии — а (рис. 77). Затем рейка переставляется на новую точку, расположенную на расстоянии 2—3 м от исходной.
Опуская или поднимая рейку, получают отсчет а. Под пяткой рейки отмечают на стене нулевую линию и переносят рейку на следующую точку. При перестановке нивелира на следующей станции определяют отсчет Ь, соответствующий нулевой линии. При этом наблюдается как минимум одна общая для двух станций точка. При значительном перепаде рельефа отметка нулевой линии может быть изменена для некоторых частей зданий (рис. 78). Нулевую линию можно провести также с помощью так называемого водяного нивелира (система сообщающихся сосудов).
Рис. 77. Проведение нулевой линии на фасаде здания с помощью нивелира
8.7. Определение координат точек сооружения методом прямой геодезической засечки
При определении координат опорных точек, расположенных в верхних частях зданий, применяется, как правило, метод прямой геодезической засечки. Измерения выполняются с двух точек, координаты которых известны (точки 1 и 2 на рис. 79). С помощью теодолита измеряются горизонтальные углы Pi и р2- По измеренным горизонтальным углам вычисляются дирекционные углы направлений со станций на определяемую точку: oti _ 3 и ос2 _ з.
Координаты определяемой точки 3 — Х3 У3 вычисляются по формулам:
Х3- Х2tga2-3 + (Y2- И8 (№-з -tga2_3);
Y3 = (X3-X2)tga2_3+Y2,
У3 = (Х3 - ХО tga^s + %
Координата У3 вычисляется дважды для контроля.
Точность определения координат и высот точек объекта зависит главным образом от точности измерения углов и расстояний. Например, при использовании теодолита типа 4Т30П погрешности определения координат точек не превышают 1—2 см, при этом опорные точки должны иметь четкий контур. Для повышения точности измерений выполняется маркировка опорных точек.
8.8. Определение вертикального размера детали фасада (интерьера) здания с помощью теодолита
Как отмечалось выше, высоты точек при обмерах измеряются относительно обозначенной на фасадах и интерьерах нулевой линии. При этом возможны два варианта: 1 расстояние от инструмента до точки можно измерить; 2 расстояние от инструмента до точки непосредственно измерить нельзя.
В первом случае (рис. 80) мерной лентой измеряется расстояние D от теодолита до основания здания и угол наклона склона к горизонту v3eMjm. Высота точки относительно нулевой линии h определяется по измеренным с помощью теодолита вертикальным углам и v0 и расстоянию D. Вначале подсчитывается горизонтальное проложение d:
d=DcOS Уземли-
Затем определяется вертикальное расстояние h.
Во втором случае, когда расстояние до объекта нельзя непосредственно измерить, необходимо произвести дополнительные измерения. На местности выбираются две станции: Л и В, на которых устанавливаются теодолиты. При этом необходимо, чтобы определяемое вертикальное расстояние было видно с обеих станций и была взаимная видимость между этими станциями.
при определении вертикального расстояния h между точками 1 и 2. При двух положениях вертикального круга теодолита измеряются горизонтальные углы fa и р2 и вертикальные углы: V! и v2 со станции A; v/ и v2' со станции В. Расстояние между станциями (базис) b измеряется мерной лентой с относительной ошибкой не более 1/2000. Горизонтальные расстояния dj\ и dB вычисляются путем решения задачи определения неприступного расстояния (см. гл. 3). Искомая величина h вычисляется дважды: по данным измерений со станции А и В:
h = dA(fgs/i ± £gv2); h - dB(t^{ ± tgv2').
В приведенных формулах знаки зависят от знаков вертикальных углов. Если знаки вертикальных углов одинаковые, то ставится знак минус.
На рис. 81 знаки вертикальных углов на станциях А и В одинаковые (положительные), поэтому вычисляется разность тангенсов.
Расхождение значений h не должно быть более 1/2 ООО. Для повышения точности определения вертикального расстояния h длина базиса Ь должна быть соизмерима с расстояниями от станций до определяемой точки.
Пример расчета вертикального расстояния приведен в табл. 19.
8.9. Определение параметров сооружений, имеющих форму тел вращения
При обмерах барабанов и куполов церквей, колонн и других объектов возникает задача определения координат центров вращения, радиусов сечений. По полученным данным подсчитываются некоторые характеристики сооружения, например, величина и направления крена, асимметрия, энта-зис колонн.
Одна из возможных схем измерений объекта геодезическими методами приведена на рис. 82 а. Вблизи сооружения разбиваются два базиса: АВ и ВС. Задаются определяемые сечения. В точках А, В и С устанавливаются теодолиты. Измеряются: 1) горизонтальные углы Pi — Р8> составленные направлениями визирования на крайние точки сечения с направлениями базисов АВ и ВС; 2) длины базисов АВ и В С; 3) вертикальные углы v при наведении на точки 1 и 2 со стан-ции А, 3 и 4 со станции В и 5, 6 со станции
А
Следует отметить, что наблюдаемые точки 1—6 принадлежат касательным к окружности. Таким образом наблюдатель видит хорды. Радиус сечения подсчитывается по горизонтальному расстоянию d от станции до центра вращения и углу (3 по формуле (рис. 82 б):
r=dsinр/2.
Расстояния d от точек А,ВиС определяются как неприступные (см. гл. 3).
Для контроля радиус определяется по данным измерений со станций Л, Б и С.
8.10. Съемка для составления генерального плана и поэтажных планов здания
Для съемки памятников архитектуры применяются методы топографических съемок — тахеометрической съемки и нивелирования поверхности, а также теодолитной съемки. Как правило, требования к точности обмеров здания выше,
чем при выполнении обычных топографических съемок. Наивысшая точность требуется при определении взаимного расположения конструктивных элементов: несущих колонн, балок, ригелей, панелей перекрытий.
Съемка производится от сторон и точек основного и вспомогательных теодолитных ходов. Для определения планового положения точек применяются способы: перпендикуляров (прямоугольных координат), линейной и угловой засечек, полярных координат, продолженной линии (створов) — см. главу 6. Результаты съемки заносят в абрис. Для контроля производятся обмеры по периметру фасада, фиксируя все архитектурные выступы, уступы, ступеньки. При сложной конфигурации выполняются дополнительные промеры между углами стен, в арках и входах измеряются диагональные расстояния и ширина всех проемов.
Обмеры внутренних помещений производятся от точек вспомогательных ходов такими же способами, как и съемка ситуации, высоты точек определяются путем геометрического нивелирования с точностью не ниже 1 см (с помощью нивелира). Парис. 83 приведены примеры обмеров интерьеров: а) полярным способом; б) способом линейных засечек.
Угловые измерения выполняются с помощью теодолита, линейные измерения — мерной лентой или рулеткой. Применяются компарированные ленты и рулетки, длины которых точно выверены. Для всех измеренных точек вычисляются координаты, и составляется каталог координат и высот, являющийся основой для составления генерального и поэтажных планов.
С целью составления поэтажных планов в единой системе координат необходимо выполнить точный вертикальный перенос точек с этажа на этаж. При этом применяются специальные приборы вертикального проектирования. На каждый последующий этаж должно быть перенесено как минимум две точки. Для контроля измеряются расстояния между этими точками на всех этажах. Точность перенесения точек приборами вертикального проектирования — 1 мм на расстояние до 50 метров.
Передачу высот с этажа на этаж можно выполнить про-ложением нивелирных ходов (где это возможно по лестницам). В ряде случаев высоту на вышележащий уровень передают с помощью двух нивелиров и подвешенной рулетки (рис. 84). Отсчеты по рулетке берутся с помощью двух нивелиров одновременно. При этом рулетка должна быть неподвижна, для чего к ней подвешивается груз. Высота точки верхнего этажа подсчитывается из выражения:
Н2=Нх+а + (Ь2-Ъх)-Ь.
8.11. Фотограмметрическая съемка архитектурных сооружений
Фотокамеры и стереофотокамеры, применяемые при архитектурных обмерах
Фотографирование памятников архитектуры выполняется с помощью высокоточных (прецизионных) метрических фотокамер. Такие фотокамеры обеспечивают высокое геометрическое и фотографическое качество фотоснимков. Отклонение изображения от центральной проекции сводится к минимальному значению. Кроме того, полученные снимки имеют высокую разрешающую способность. Эти качества позволяют использовать фотоснимки для измерений изображенных на них объектов и определения пространственного
положения этих объектов. Такие фотоснимки называются метрическими.
Фотокамеры снабжены ориентирующими приспособлениями. Значения элементов внутреннего ориентирования фотокамеры либо известны, либо могут быть определены с высокой степенью точности. С помощью ориентирующего приспособления осуществляется ориентирование фотоснимка или стереопары в пространстве, т.е. устанавливаются требуемые значения элементов внешнего ориентирования. Величина фокусного расстояния объектива фотокамеры, известная с точностью 0,01 мм, впечатывается в верхнем углу каждого фотоснимка. На краях фотоснимка обозначаются координатные метки, по которым определяются направления координатных осей XnZ. Имеется регистратор кадров и указатель вида съемки. Фотокамеры оборудованы объективами небольшой светосилы, применяют фотоматериалы с малой светочувствительностью, но с высокой разрешающей способностью.
Для исключения деформации фотоизображения используют стеклянные фотопластины. С появлением слабо деформирующихся фотопленок, разработаны фотокамеры для съемки на фотопленку. Дисторсия объектива не превышает 10 мкм, т.е. значительно ниже, чем у объективов обычных фотоаппаратов. Снимки, полученные прецизионными фотокамерами можно увеличить до 10 крат, при этом измерительные свойства снимков не уменьшаются.
Наибольшее распространение в нашей стране при архитектурных съемках получил фототеодолит Фотео 19/1318. Фототеодолит предназначен для топографической съемки и не всегда может быть использован при обмерах сооружений. Оптическая ось фототеодолита может занимать только горизонтальное положение, поэтому высокие здания снять трудно. Кроме того, объектив фототеодолита не имеет перемещений для фокусировки, поэтому при съемке с близких расстояний (до 25 м) возникает нерезкость изображения. Таким образом, фототеодолитом нельзя выполнять фотографирование интерьеров. Более приспособлена для съемки памятников архитектуры универсальная фотограмметрическая камера. UMK10/1318 (рис. 85). Она снабжена широкоугольным объективом Ламегон, имеет плавную фокусировку и предназначена для съемки объектов при горизонтальном, наклонном и вертикальном положениях оптической оси фотокамеры. Фокусное расстояние объектива 99 мм, угол зрения по диагонали 90°, относительное отверстие объектива переменно — 1:8—1:32, дисторсия не превышает 10 мкм. Объектив можно плавно фокусировать в диапазоне 1,4 м — 8- Объектив снабжен желтым и красным светофильтрами.
Фирма выпускает два варианта фотокамеры UMK; для съемки на фотопластинки и фотопленку. Формат кадра 13 х 18 см. Фотокамера позволяет производить съемки при наклонах оптической оси в пределах 90°—30° с фиксацией через 15°.
Выпускается также двойная переносная подвеска, используемая для стереосъемки с близких расстояний. На подвеске укреплены две фотокамеры на определенном расстоянии друг от друга. Фотографирование выполняется одновременно двумя фотокамерами, и получается стереопара снимков. Подвеска состоит из базиса и еще двух одинаковых подвесок, позволяющих установить три значения базиса — 320,580 и 840 мм с регулировкой по высоте 1,6—1,9 м. Спуском затворов обеих фотокамер управляет синхронизатор. Для съемок с близкого расстояния выпускаются также малоформатные (8x8 см) фотограмметрические стереокамеры SMK 5,5/0808/40 и SMK 5,6/0808/120. Первая стереофотокамера имеет базис съемки 40 см, вторая — 120 см. Фокусное расстояние камер 55 мм, угол зрения по диагонали 90°, дисторсия не превышает 5 мкм.
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 28 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |