Digitální fotogrammetrie a drony ve stavebnictví

Fotogrammetrie je obor zabývající se zpracováním informací na fotografiích (dnes převážně digitálních). Snímky jsou pořizovány jak ze země, tak družicemi a letecky, včetně dronů. Je hojně využívána v mnoha oborech, včetně stavebnictví a architektury. Přináší zrychlení, zlevnění a zjednodušení v oblasti zaměřování objektů.

Nejedná se o novinku, historie fotogrammetrie sahá až do 15. století, za jejího pomyslného zakladatele je považován Leonardo DaVinci. Ke vzniku digitální fotogrammetrie došlo přirozeně později, a to koncem 80. let 20. století. Zpočátku byla využívána výhradně státními orgány, snímky podléhaly přísnému vojenskému utajení. Dokonce i dnes je kvalitní letecký snímek těžko dostupný, proto společnosti, které se fotogrammetrií zabývají, získávají detailní informace fotografickou technikou upevněnou např. na drony.

2D i 3D výstupy

Vstupní informací získané optickým skenováním je fotografie či video, výstupem pak vektorová kresba, 3D model, případně mapa či plán. V případě, že je požadován výsledek v podobě rovinného obrazu, je využívána tzv. jednosnímková metoda. Ta je dostačující např. při zkoumání fasád stavebních objektů. Vícesnímková metoda pak dovoluje měřením 2D souřadnic vytvořit 3D modely. Je nasnímán velký počet obrazů tak, aby se snímky vzájemně překrývaly (úhly paprskových trsů v prostoru se protínají). Druhý typ je využívanější.

Fotogrammetrie je často doplňována laserovým skenováním. Výstupem obou metod je tzv. mračno bodů. Pod tímto pojmem může být ukryta neuspořádaná sada až miliardy 3D bodů s GPS souřadnicemi. Tato data jsou následně zpracovávána aplikacemi, které jsou naprogramovány tak, aby je dovedly efektivně a rychle utřídit (AutoCAD).

Ve stavebnictví jsou výstupy překreslovány na BIM (informační model budovy), který reprezentuje objekt kompletně se všemi jeho fyzickými i funkčními charakteristikami a slouží dále jako databáze informací o něm. K tomu dochází např. v aplikaci Autodesk Revit, který umožňuje 3D modelování a kreslení prvků při vytváření stavebních projektů.

Široké využití

Fotogrammetrie je vhodná pro zaměřování jak exteriérů, tak interiérů, jednotlivých objektů i větších krajinných celků. Zjištěné informace jsou využívány pro rekonstrukce chybějících elementů staveb, nebo návrhy zcela nových objektů ve vztahu k již existující situaci (např. návrh úprav okolí rodinného domu, návrh dostavby objektu, ale i replik historického nábytku…). Lze zaměřit geometrické parametry stavebních dílů či odhalit různé deformace stavebních konstrukcí, jako třeba mostů, odhalit sedání staveb, zdokumentovat stav fasád, kleneb. Fotogrammetrie je využívána při zachycování území pro pasportizaci, při tvorbě fotomap stavenišť, měření kubatur zemních prací, revizích infrastruktury. V geodézii napomáhá sběru dat v těžko přístupných oblastech (okolí vodních ploch, lomy…), zcela tak odpadá nutnost provádění prací v terénu. Velmi praktická je tato metoda obzvláště při inspekcích výškových staveb, jako jsou vysílače, turbíny, komíny apod. Bezpilotním snímkováním jsou navíc odstraněna rizika plynoucí z pohybu pracovníků ve výškách, vše je prováděno z bezpečí kanceláří. V architektuře a projektové činnosti fotogrammetrie umožňuje začlenit projektované či rekonstruované stavby do reálného prostředí. V památkové péči lze dosáhnout perfektního 3D modelu historické podoby budovy, jejíž stavební plány nebyly zachovány.

Drony

Drony plní funkci bezpilotních nosičů snímacích zařízení jako jsou fotoaparáty, video a infrakamery. Umožňují snadný přístup ke zkoumanému objektu jak uvnitř, tak z výšky, nemálo jsou využívány k tvorbě tzv. ortofoto snímků, fotoplánů, šikmých snímků a fotomozaik. Jejich přednostní výhodou je schopnost revidovat objekt z velmi malé výšky, a tedy vizualizovat i úžlabí, střechy apod. Projektanti tyto snímky využívají k vytvoření přesného půdorysného a výškopisného plánu.

Komíny, mostní konstrukce, kolektory… Všechny tyto prostory s obtížnou dostupností lze podrobně prozkoumat bezpilotními letouny. Tyto mohou být za účelem průzkumu vnitřních těsných prostor konstruovány i v „ochranné kouli“, která ustojí nárazy překážek v rychlosti 16 km/h bez nepatřičného pohybu kamery.

Drony jsou využívány především díky jejich vlastnostem dovolujícím krátkou dobu sběru dat, bezkontaktní řízení, snadné a operativní nasazení… Snímají i v místech, která jsou pro letadla z bezpečnostních důvodů nepřístupná. Minimalizují nutné práce v terénu, s čímž úzce souvisí úspora času i nákladů. Samozřejmostí je online přístup k aktuálním snímaným datům.

Průzkum historických objektů

V současnosti je zaměřování dronem velmi často využíváno při rekonstrukcích památkově chráněných objektů tak, aby bylo ve výsledku dosaženo co nejpřesnějšího historického obrazu. Foto či videogrammetrie mnohdy umožňují zkrátit celkovou dobu projektového zpracování, které zahrnuje jak kancelářskou část, tak terénní práce, na pouhou několikadenní záležitost. Ve specializovaných aplikacích je možné vytvořit i virtuální model celého města.

Sběr dat probíhá bezkontaktně, a přesto se submilimetrovou přesností, která prozatím nebyla jinými metodami překonána. Výsledná měření lze kdykoliv doplňovat o nová, opakovaná snímkování. Pořízení tzv. časosběrných fotografií rozšiřuje znalosti o změnách daného objektu v čase (periodické, automatizované opakování letů). Každý snímek obsahuje svou vlastní GPS souřadnici.

Chrám sv. Cyrila a Metoděje

Jedním z památkově chráněných objektů, který byl úspěšně prozkoumán za přispění fotogrammetrie, je například národní památník hrdinů heydrichiády Chrám sv. Cyrila a Metoděje. Vstupní informace byly zhotovitelem, společností DigiTry Art Technologies, získány UV luminiscenčním, geofyzikálním průzkumem a 3D skenováním objektu. Jiná historická stavba, kostel sv. Ignáce z Loyoly v Praze, byla na základě zaměření historického krovu a dalšího průzkumu zpracována do výkresové dokumentace půdorysů a řezů jak v 2D, tak v 3D provedení.

Nejen odborný nástroj

Zaměřování dronem. Ještě nedávno by tato věta zněla jako technologický výdobytek daleké budoucnosti. Jinak je tomu však dnes. Skenování touto metodou se stává všedním, zaručuje přesnost a rychlost. Jedná se tedy o perfektní projektový nástroj. A nejedná se jen o záležitost odborníků. 3D modely lze samostatně vytvořit pomocí aplikací jako je Autodesk 123D Catch nebo Autodesk ReMake, které ztvární 3D modely ve vysokém rozlišení. Stačí mít dostatečný počet fotografií, které objekt zachycují, a aplikace vytvoří exaktní model jeho původní obálky.

Fotogalerie