Realizarea modelelor 3D prin metode fotogrammetrice [308057]

UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE GEOLOGIE ȘI GEOFIZICĂ

Lucrare de licență

Realizarea modelelor 3D prin metode fotogrammetrice

Coordonator ștințific: Absolvent: [anonimizat]. Cornel Păunescu Nedelcu Mihai Alexandru Asist. Univ. Drd. Ing. Florin Nache

2018

[anonimizat] a fost întotdeauna un domeniu fundamental. Apariția sistemelor de tipul CAD (Computer-Aided Desing) a revoluționat proiectarea grafică în toate domeniile.

Dezvoltarea acestor soluții de modelare grafică s-a produs odată cu perfecționarea graficii pe calculator și a început în anul 1963, [anonimizat] I. Sutherland de la MIT. [anonimizat] a aeronauticii au încercat să își dezvolte propriile soluții de genul CAD.

Începând cu anii ’90 cercetările în domeniul CAD se dezvoltă datorită noilor configurații hardware și software. Inițial, [anonimizat] o desenare asiatată de calculator. Ulterior au apărut programe atașate și meniuri cu diverse unelte pentru proiectare în 2D.

Modelarea 3D a îmbunătățit procesul de proiectare și a [anonimizat].

Astăzi, modelarea 3D este utilizată într-o [anonimizat], la industria cinematografică și până la industria jocurilor video. Modelarea tridimensională este folosită cu succes în arheologie și arhitectură pentru a vizualiza clădiri si peisaje propuse.

Modelele geologice tridimensionale au început să fie o [anonimizat] o [anonimizat], [anonimizat].

Prelucrarea digitală a datelor în vederea obținerii unui model 3D [anonimizat], care are la bază teorii matematice foarte bine puse la punct.

În studiul pe care o să-l efectuez în această lucrare, o să modelez tridimensional trei obiecte propuse prin metoda fotogrammetriei și o să urmăresc modul de preluare a datelor, timpul și resursele necesare de procesare a acestor, precizia și nivelul de detalii precum și costul estimativ al acestor operațiuni pentru a determina dacă fotogrammetria este o soluție accesibilă și optimă.

Capitolul 1. Modelare 3D

Generalități

Fotogrametria este știința care se ocupă cu determinarea în timp și spațiu a [anonimizat], grafică sau numerică (prin coordonate) pe bază de fotografii speciale numite fotograme. Numele de fotogrammetrie provine din limba greacă: photos=lumină, gramma=scriere și metron=măsură.

Tehnica folosită în fotogrametrie este de a efectua fotografii multiple suprapuse și a extrage masurători din acestea pentru a crea modele 3D ale unor obiecte sau scene (Fig.1.1.1.). Principiul de bază este similar multor camere foto care ne permit suprapunerea și lipirea pozelor pentru a crea o panorama 2D. [anonimizat] 3D pentru a estima coordonatele X,Y și Z a fiecărui pixel din imaginea originală.

Fotogrametria nu este limitată într-o frecvență temporală și poate furniza nori de puncte de o densitate și acuratețe comparabilă cu aceia proveniți din tehnologia de scanare laser la sol sau aeriană, la un cost considerabil mai mic. Tehnica este foarte utilă in mediile foarte accidentate, unde laserul terestru este limitat de portabilitatea echipamentului și cel aerian de denivelările terenului, ducând la pierderi mari de date.

O întreagă gamă de aparate foto pot fi folosite, de la aparatele DSLR la cele digitale compacte și pană la telefoanele inteligente. Ȋn general se pot obține date cu o acuratețe mult mai mare dacă se folosesc camere mai scumpe ce conțin lentile de o calitate optică mai mare.

Avantajele modelării 3D:

Modelarea 3D poate fi utilizată într-o varietate de domenii.Permite realizarea desenelor tridimensionale prin modelarea suprafețelor și a corpurilor solide, existând multiple posibilități de vizualizare a desenelor, la scară si cu precizie. Dispune de o precizie foarte bună a desenelor. Permite modelarea dinamică a unor procese.

Tipuri de modele 3D

TIN – Triangulated Irregular Network – Rețeaua de triangulație are importanță în studierea altitudinii terenului reprezentat, deoarece TIN este o tehnica consacrată de modelare a suprafetelor 3D. Triangulația este un mod de determinare a poziției unui punct prin masurarea unghiurilor dintre acesta și două puncte de referință care constituie o bază fixă și a căror poziție este cunoscută.

Metoda triangulației a fost inventată de olandezul Willebrord Snellius în anii 1615-1617 și constă în determinarea coordonatelor punctelor în teren cu precizie, prin aranjarea acestora într-o rețea de triunghiuri(Fig.1.2.1.). Prin această metodă se masoară numai bazele, celelalte puncte urmând a fi determinate prin măsurarea unghiurilor.

Ȋn aplicațiile moderne, principiul triangulației este utilizat la realizarea măsurătorilor precise folosind senzori de triangulație laser. Principiul de funcționare are la bază ipoteza că raza emisă, raza reflectată si distanța dintre emițătorul laser și detector, formează un triunghi.

GPS-ul este o importantă aplicație care are la bază principiul triangulației.

GRID – Gridding-ul este o metodă de analiză spațială de modelare a fenomenelor continue topografice, cum ar fi altitudinea terenului, care nu poate fi reprezentată folosind primitive geometrice/vectoriale.

Pentru a afla altitudinea unei porțiuni de teren, algoritmul „grid” solicită coordonatele X,Y,Z a unor puncte din acea zonă (Fig.1.2.2.). Pe baza acestor informații programul calculează o întreagă matrice de puncte care acoperă complet acel teren iar fiecare punct al grilei are coordonate X și Y și o informație atribut referitoare la altitudine.

Această informație este reprezentată cromatic, fiecărei valori numerice corespunzându-i o nuanță de culoare, rezultatul fiind deseori o imagine raster. Software-ul interpretează valorile printr-o unealtă de interogare punctuală, care dă valoare numerică oricărui pixel și printr-o legendă radiometrică explicând scara de valori.

Chiar dacă este vorba de metode matematice de interpolare, efectul este și de extrapolare, deoarece modelarea se intinde și in exteriorul zonei acoperite de puncte.

Cele mai cunoscute metode de interpolare a suprafeței tridimensionale sunt: algoritmul Kriging, algoritmul Shepard, metoda regresiei polinomiale pe bază radială, metoda distanței inverse, metoda bazată pe curbarea minimă, metoda triangularizării, „rectangular biliniar” si metoda celei mai apropiate vecinătăți.

Aplicabilitatea acestei metode de reprezentare acoperă aspecte de completitudine și expresivitate, unde precizia nu este esențială. Pot fi simulari privind poluarea, activitatea seismică, evoluția vegetației, riscul alunecărilor de teren, etc.

Programe utilizate la obținerea modelelor 3D

Autocad

AutoCAD (Computer-aided design-proiectare asistată de calculator) este un program utilizat în proiectarea planurilor de construcție în două dimensiuni și trei dimensiuni, dezvoltat și comercializat de compania americană Autodesk.

Această aplicație a devenit faimoasă datorită prețului la lansare mai mic decât al altor softuri similare dar și datorită posibilității de ambientare și automatizare a proceselor.

Ȋn momentul de față, AutoCAD este cel mai raspândit mediu de grafică și proiectare asistată de calculator, folosit cu succes în varii domenii precum arhitectură, geografie, geologie, medicină, tehnică, etc.

Prima versiune, denumită MicroCAD, a apărut în anul 1982, ajungând pană la versiunea AutoCAD 2019. Compania Autodesk a dezvoltat și o mulțime de programe software particularizate pentru anumite domenii: AutoCAD Architecture, AutoCAD Electrical, AutoCAD Mechanical, AutoCAD Overlay, AutoCAD Land Desktop, AutoCAD Map, AutoCAD Civil 3D.

Domeniul CAD este foarte bine definit în acest moment, fiind prezent pe piață cu o gamă de pachete software extrem de diversă datorită pregreselor rapide in domeniul hardware și datorită cerințelor actuale ale proiectării și fabricației.

Flexibilitatea, precizia, acuratețea și comoditatea de manipulare sunt atribute ale desenelor tehnice realizate cu programele de CAD. Calculatorul ofera o mai mare precizie și viteza de execuție fața de metodele de desenare și proiectare tradiționale, acestea fiind mult simplificate prin folosirea unor mijloace de construcții geometrice, cum ar fi: grid, snap, trim și auro-cotare.

Agisoft PhotoScan

Agisoft PhotoScan este un software autonom, specializat în procesarea fotogrammetrică a imaginilor digitale, dezvoltat de compania rusească Agisoft LLC, fondată în anul 2006 ca o companie inovatoare de cercetare, focusată pe tehnologia vizuală computerizată, companie care se află printre pionierii dezvoltării soluțiilor fotogrammetriei digitale. Acest soft permite generarea automată a norilor denși de puncte, georeferențierea prin ortomozaic și modelarea digitală a terenului din fotografii digitale.

Softul permite o procesare foarte rapidă, asigurând în același timp o mare acuratețe a rezultatelor, de pană la 3 cm pentru fotografiile aeriene si pană la 1 mm pentru fotografiile de proximitate.

Agisoft PhotoScan este capabil să proceseze mii de fotografii, toate operațiunile necesare fiind efectuate local, fară a transmite date mai departe de locul de procesare, facându-l soluția ideală pentru procesarea datelor cu grad mare de confidențialitate.

Avantajele folosirii Agisoft Photoscan:

Rezultate cu acuratețe și detalii ridicate.

Automatic, cu flux de lucru intuitiv.

Accelerează GPU (Graphic Processor Unit) pentru o procasare mai rapidă.

Procesare in rețea pentru proiecte ample.

Export de date în format PDF si upload online.

Global Mapper

Global Mapper este un pachet software GIS (geographic information system) dezvoltat de Blue Marble Geographics ce rulează pe sisteme de operare Windows.

Prima variantă a fost dezvoltată în anul 1995 de către USGS ( United States Geological Survey) ca o nevoie a de a-și vizualiza datele produse de tip vector DLG ( Digital Lane Graph ). Ȋntre anii 1995 și 1998, software-ul a fost îmbunătățit pentru a putea vizualiza și alte seturi de date, incluzând hărți topografice și modele digitale de elevație. Ȋn anul 2001 a fost lansat pe piață în varianta Pro și pus la vanzare prin intermediul internetului.

Global Mapper este mai mult decât un instrument de vizualizare, capabil sa afișeze cele mai uzuale seturi de date de tip raster, elevație sau vector. El convertește, tipărește, editează, crează track-uri GPS și permite utilizarea GIS a seturilor de date, foarte ușor, la un preț foarte scăzut. Are funcționalități pentru calculul distanțelor și suprafețelor, combinări de imagini și ajustări de contrast, analize de elevație și calcul de tip „line of sight”, rectificări de imagine, generare de contururi, analize de acoperire pe baza datelor de suprafața, dar și triangulații și gridding pentru datele 3D.

Datele pot fi încărcate ca straturi, de exemplu un Model Digital de Elevație poate fi încărcat împreună cu o harta topografică scanată pentru a crea o reprezentare 3D sau o imagine digitală aeriană poate fi reprezentată împreună cu o hartă vectorială de contururi pentru a crea un grafic spectaculos. Rezultatele pot fi tipărite sau exportate sub forma de imagini raster de inaltă rezoluție.

Avantajele folosirii Global Mapper:

Suportă vizualizarea celor mai populare formate de date (peste 250).

Oferă acces direct și gratuit la întreaga arhivă de imagini satelitare si hărți topografice TerraSrever.

Suportă vizualizarea 3D a datelor de elevație încărcate și suprapunerea de imagini peste suprafețe tridimensionale.

Suport pentru digitizare.

Suport pentru GPS.

Se pot exporta datele într-o varietate largă de formate.

Se pot uni diverse combinații de seturi de date, indiferent de scala, tipul sau proiecția datelor sursă.

Se pot georeferenția imagini de tip JPG, Tiff, PNG.

Surfer

Surfer este un software de conturare si modelare 3D a suprafeței cartografice ce rulează pe sisteme de operare Windows. Este un software dezvoltat de compania Golden Software, companie ce produce soluții software folosite în exploatarea minieră, domeniul petrolier, inginerie, medicină și știință aplicată din anul 1983.

Acest software convertește rapid și usor datele în hărți contur, de suprafața, wireframe, vector, imagine, relief nuanțat si post. Surfer ofera 13 metode diferite de „grilare”, inclusiv Kriging cu variograme, pentru a converti datele spațiale X, Y și Z în grile uniforme.

Poate afișa un Grid sau un DEM (digital elevation model) ca una dintre multiplele tipuri de hărți 2D și 3D: contour, watershed, viewshed, shaded relief, color relief, 1-grid și 2-grid vector, grid value, 3D wireframe și 3D surface map ce pot fi îmbunătățite adăugând hărți post sau de bază.

Hărțile rezultate sunt recunoscute pentru acuratețea, claritatea și strălucirea de care dau dovadă.

Capitolul 2. Sisteme de coordonate

Sistem local de coordonate

Sistemul de coordonate cartezian geocentric (Fig.2.1.1.) are ca suprafață de referință geoidul și este sistemul de coordonate fundamental al geodeziei. Este un sistem de coordonate tridimensional și rectangular cu centrul în centrul de masă al Pămantului. Poziția unui punct de pe suprafața Pământului poate fi definită în sistem tridimensional și în coordonate astronomice.

Axele rectangulare sunt:

Axa polilor Z;

Axa în planul ecuatorului ce intersectează meridianul 0° X;

Axa perpendiculară pe cele doua axe, situată în planul ecuatorului, cu sensul pozitiv spre est Y.

Coordonatele astronomice sunt:

Latitudinea astronomică

Longitudinea astronomică

Pentru a determina poziția unui punct pe suprafața terenului și nu pe geoid, celor două coordonate li se adaugă altitudinea ortometrică.

Sistemul astronomic local

Pe întinderi mici este necesar ca suprafețele de teren să fie prezentate pe planuri. Orice suprafața de teren este considerată o calotă sferică și în momentul proiectării pe un plan se produc anumite rupturi, numite erori de distanțe in calculul suprafețelor.

Deformațiile datorate proiecției sunt minime dacă planul pe care se proiectează suprafața de interes este tangent la suprafața respectivă. Planul creat nou trebuie sa conțină un sistem de coordonate local bine definit. Oricare punct S de pe suprafața Pămantului poate deveni origine a unui sistem de coordonate astronomic local, care are axele definite in felul următor:

Planul orizontal xsys este perpendicular pe direcția gravității;

Axa xs este situată în meridianul local al punctului S, cu sensul pozitiv spre nordul geografic

Axa ys este perpendiculară pe axa xs și pe direcția gravității și are sensul pozitiv spre estul astronomic

Altitudinea ortometrică este îndretpată după tangenta la direcția gravității, cu sensul pozitiv către zenitul astronomic.

In acest sistem de coordonate poate fi determinat orice punct din vecinatatea punctului S, prin masurători clasice sau GNSS. Măsurătorile clasice se mai numesc și coordonate astronomice polare locale:

D – distanța înclinată dintre cele două puncte;

α – azimutul astronomic al punctului de stație în raport cu punctul nou, R;

– unghiul zenital, format între verticala locului punctului S și direcția SR.

Sistemul elipsoidal local

Sistemul de coordonate elipsoidal local poate fi definit așa cum a fost definit sistemul astronomic local (fig. 2.1.1). Are planul orizontal xsys perpendicular pe normala la elipsoid și axele definite astfel:

axa xs este situată în meridianul geodezic al punctului S, cu sensul pozitiv spre nordul geodezic;

axa ys este perpendiculară atât pe axa xs cât și pe normala la elipsoid, avănd sensul pozitiv spre estul geodezic;

altitudinea elipsoidală este indreptată după normala la elipsoid, cu sensul pozitiv către zenitul geodezic.

Coordonatelor astronomice locale le corespund coordonatele elipsoidale locale:

D – distanța înclinată dintre cele două puncte;

A – azimutul astronomic al punctului de stație în raport de punctul nou, R;

E – unghiul zenital, format între normala la elipsoid a punctului S și direcția SR;

Sistem național de coordonate

Proiecția stereografică 1970

Fiecare țară utilizează un anumit elipsoid, Europa de Est utilizând elipsoidul Krasovski. Ȋn țara noastră se utilizează sistemul de coordonate plan Stereografic 1970 care are ca elipsoid de bază elipsoidul Krasovski.

Proiecția azimutală perspectivă plan secant are polul proiecției în punctul Qo de coordonate Bo = 46° și Lo = 25° est Greenwich. Proiecția a fost adoptată în septembrie 1971 după ce a fost emis decretul numarul 305 de către Consiliul de Stat al României cu privire la activitatea geodezică, fotogrammetrică și cartografică, înlocuind proiecția Gauss-Kruger.

Proiecția Stereografică 1970 este conformă, nu deformează unghiurile, permițând ca măsurătorile geodezice să fie prelucrate direct în planul de proiecție, fără a se calcula coordonate geografice, cu condiția aplicării prealabile a unor corecții de reducere a măsurătorilor la planul de proiecție. Avantajul acestei proiecții este reprezentarea intregii țări pe un singur plan.

Cercul de deformație nulă are raza de 201.718 m și reprezintă intersecția planului secant cu elipsoidul de rotație. Originea sistemului de axe de coordonate rectangulare este în punctul Qo, axa x fiind îndreptată către nord iar axa y către est.

Polul proiecției (Fig.2.2.2.) este situat aproximativ în centrul geometric al României, la nord de orașul Făgăraș si este un punct fictiv, nematerializat pe teren. Planul de proiecție are o adâncime de aproximativ 3.2 km de planul tangent la sfera terestră in punctul central.

Sistemul de axe de coordonate plane rectangulare xOy are ca origine imaginea plană a polului proiecției, axa Ox este imaginea plană a meridianului de 25° si are sensul pozitiv spre nord, iar axa Oy are sensul pozitiv spre est.

Deformația relativă pe unitate de lungime (1 km) în punctul central al proiecției este egală cu -25 cm/km și crește odată cu mărirea distanței față de aceasta pană la valoarea zero pentru o distanță de aproximativ 202 km. După această distanță valorile deformației relative pe unitate de lungime devin pozitive și ating valoarea de 63,7 cm/km la o depărtare de aproximativ 385 km de centrul proiecției.

Adoptarea proiecției Stereo 70 a urmărit câteva aspecte specifice teritoriului Romăniei și o serie de principii ce satisfac cerințele de precizie (Fig.2.2.3.):

Forma Romăniei este aproximativ rotundă, putănd fi incadrată într-un cerc cu raza de 400 km;

Granițele sunt incadrate în proporție de 90% de un cerc cu raza de 280 km din polul proiecției;

Proiecția este conformă, unghiurile fiind reprezentate nedeformat;

Deformațiile areolare negative și pozitive sunt relativ egale, permițânt o compensare a lor fiind menținută suprafața totală a teritoriului prin reprezentarea in planul proiecției Stereo 70.

Modul în care se realizează proiecția punctelor de pe suprafața terestră pe planul proiecției Stereografice 1970 este prezentat în figura de mai jos (Fig.2.2.4.).

Datum-ul este informația necesară pentru a fixa un sistem de coordonate pe suprafața Pământului. Datum-ul este punctul de unde se măsoară coordonatele, adică punctul de coordonate X=0 și Y=0. Ȋn sistemul de coordonate S42, cel folosit oficial în România, coordonatele se măsoară în raport cu punctul proiectat de pe elipsoidul Krasovsky 1942, punct care se întamplă să fie și centrul de proiecție, plus 500 de km, atât pe X cât și pe Y.

Datum-ul S42 are următoarele caracteristici principale:

Elipsoidul de referință este elipsoidul Krasovski 1940 cu semiaxa mare egală cu 6378245 m;

Elipsoidul de referință este tangent la geoid în punctul fundamental Pulkovo;

Originea coordonatelor geografice: planul ecuatorului, meridianul Greenwich;

Zona de utilizarea a proiectiei fiind Romănia.

Sistemul de referinta pentru altitudini Marea Neagră 1975 a fost stabilit de către DTM (Direcția Topografică Militară), folosind datele înregistrate la maregraful din portul Constanța, în intervalul 1933-1975.

Rețelele de nivelment de stat sunt racordate la un punct fundamental numit punct zero fundamental. Stabilirea și utilizarea punctului zero fundamental implică următoarele două probleme:

Problema amplasamentului punctului zero fundamental ce are urmatoarele tipuri de soluționări:

Amplasarea punctului zero fundamental în apropierea coastelor mărilor și oceanelor, ce oferă avantajul legăturilor directe dintre acest punct și instrumentele prin care se înregistrează în timp variația nivelului mării.

Amplasarea punctului zero fundamental in zone geologice stabile ce oferă o mai bună stabilitate în timp a reperului zero fundamental.

Problema verificării stabilității punctului zero fundamental, ce nu are o rezolvare definitivă, însă sunt practicate următoarele soluții:

Stabilitatea reperului fundamental este urmarită în raport cu nivelul mării. Deoarece nivelul mării este in continuă modificare în timp, inregistrarea variaților ale nivelului mării se realizaeză prin instalații complexe denumite maregrafe sau mai simplu prin mire marine. Fiecare maregraf este racordat la un grup de 3-5 repere de nivelment amplasați în apropierea sa, iar prin intermediul nivelmentului de coastă la rețeaua de nivelment de stat.

Maregrafele instalate în lungul coastei la intervale de 100-300 km sunt racordate între ele printr-o rețea de nivelment geodezic repetat, la anumite intervale de timp.

Pentru punctele zero fundamentale amplasate în zone continentale cu mișcări crustale verticale mici, se acceptă de regulă, o stabilitate mult mai mare în comparație cu ceilalți reperi din rețeaua de nivelment de ordin superior.

Sistem global de coordonate WGS84

Sistemul de pozitionare GPS are ca datum sistemul tridimensional de referință WGS84 (World Geodetic System). Sistemul GPS se bazează pe pozițiile mobile ale sateliților de-a lungul orbitelor și poate determina poziția punctelor aflate în oricare parte a Pământului.

Sistemului de referință WGS84 îi aparține un elipsoid de referință geocentric, ai cărui parametrii se găsesc în tabelul de mai jos.

Un vector oarecare X(xyz) din sistemul CTS se poate transforma în coordonate elipsoidale după relația:

Unde:

φ,λ- latitudini și longitudini elipsoidale

h – înălțimea deasupra elipsoidului h=N+H

N – înălțimea geoidului

H – înălțime nivelitică

a,b – semiaxa mare și mică ellipsoid

n – raza de curbură ellipsoid

Coordonatele (φ,λ,h) elipsoidale respectiv X,Y,Z rectangulare se pot transforma în coordonate sistem național sau sistem local dorit

Capitolul 3. Preluarea datelor în vederea obținerii modelelor 3D.

3.1. Preluarea datelor prin metode topografice

Utilizarea stației totale

Ȋn domeniul măsurătorilor terestre, s-a remarcat un impact mare al electronicii și informaticii in ultimele decenii. Componentele optico-mecanice au fost înlocuite treptat cu componente electronice, instrumentele de specialitate devenind mai fiabile si mai productive.

Teodolitele au fost inlocuite treptata de stații totale (Fig.3.1.1, Fig.3.1.2.) care au în structura lor foarte multe componente electronice. Stațiile totale pot fi numite teodolite electronice combinate cu sisteme electrono-optice de măsurat distanțe. Datele măsurate sunt prezentate printr-un afișaz electronic, cu posibilități de stocare pe suport magnetic ce pot fi descărcate ulterior intr-un calculator.

Ca structură, stația totala este formată din doua părți generale:

Partea inferioară, numită infrastructură, care rămâne fixă la măsurarea direcțiilor orizontale. Este formată din șuruburi de calare, placa de ambază, placa de tensiune, ambază, nivela sferică, șuruburi de reglare a nivelei sferice, mufă de transfer a datelor, mufă de conectare la o sursă externă de curent, clemă de fixare a ambazei și alte dispozitive auxiliare.

Partea superioară, numită suprastructură, mobilă in timpul măsurătorilor de direcții orizontale. Este alcătuită din două unități distincte, o unitate ce măsoară unghiuri și distanțe și o unitate de comandă și prelucrare numită și microprocesor, care primește datele măsurate, le prelucrează, le afișează și le inregistrează in memoria aparatului.

Imaginile sunt preluate cu ajutorul unor senzori, decodificate, transformate în informații numerice și afișate sub formă de mărimi unghiulare.

Pentru centrarea pe punctul de stație se utilizează dispozitivul optic de centrare încorporat. Acesta are posibilitatea focusării imaginii pe bornă prin inelul de focusare și reglarea clarității imaginii reperelor de centrare în ocular.

Datele sunt stocate într-o unitate de memorie de unde prin intermediul unui cablu de transfer și a unei interfețe seriale sunt transferate într-un calculator, unde urmează a fi procesate.

Prelucrarea datelor se face de cele mai multe ori cu softul aferent, livrat de firma productoare. Transferul de date se poate face și de la calculator la stația totală sub forma unor biblioteci de coduri create în programe speciale.

Verificările si rectificările stațiilor totale:

Verificarea generală a unei statii totale are ca scop să constate dacă:

Piesele de sticlă ale stației totale nu sunt sparte;

Punerea la punct a lunetei se poate face în condiții bune;

Funcționarea șuruburilor este normală;

Trepiedul este în stare bună;

Nivelele funcționează normal.

Verificarea îndeplinirii condițiilor constructive care verifică axele (principală, secundară si de vizare) să îndeplineasca condițiile constructive:

Axa principală să fie perpendiculară pe cercul orizontal;

Axa secundară să fie perpendiculară pe cercul vertical;

Axa principală și cea secundară să treacă prin centrele celor două cercuri corespondente;

Axa de vizare și axa principală să determine un plan vertical atunci când se realizează un calaj corect.

Verificarea îndeplinirii condițiilor geometrice, condiții care dacă nu sunt îndeplinite, duc la următoarele erori:

Eroarea de înclinare a axei principale;

Eroarea de colimație;

Eroarea de înclinare a axei secundare;

Eroarea de index a cercului vertical;

Poziția incorectă a firelor reticulare.

Receptoare GNSS

Reprezintă principala componentă al celui de al treilea segment al Sistemului Global de Poziționare prin Satelit. Utilizatorii echipamentelor GNSS pot fi împărțiți in doua categorii, după domeniul de activitate: militari s civili.

Domeniul militar reprezintă principalul scop pentru care s-a creat sistemul GPS, care a luat naștere in septembrie 1973 sub numele de DNSS (Defense Navigation Satellite System). Senzorii GPS sunt integrați in fiecare echipament militar: avioane, elicoptere, blindate si chiar infanteriștii sunt dotati cu cate un navigator.

Incepând cu anul 1983, tehnologia GPS devine accesibila si pentru utilizatorii civili, cu o precizie a poziIncepând cu anul 1983, tehnologia GPS devine accesibila si pentru utilizatorii civili, cu o precizie a poziției de 100 m, care a fost imbunatațită ulterior.

Primul echipament utilizat a fost Magnavox X-Set (Fig.3.1.3.) , lansat in anul 1974 si era era format dintr-un Receptor X, un procesor de date, o sursă de alimentare, o baterie de rezervă, un afișaz de control, un monitor pilot și un preamplificator.

Primul receptor GPS pentru aplicații geodezice a fost produs in anul 1982 sub numele de Macrometer V1000 (Fig.3.1.4.), rezultatele obținute cu acest sistem contribuind mult la demonstarea preciziei obtinute cu observațiile de fază.

Un receptor GNSS detecteaza semnalele emise de un satelit GPS și le converteștein măsurători utile. Componentele de bază ale uni receptor GNSS (Fig.3.1.5.) sunt:

Antena, care receptionează undele electromagnetice transmise de sateliții GPS, convertește energia undelor în impulsuri electrice, le amplifică si le transmite către receptor;

Blocul de radio frecvență si frecvență intermediară, unde se realizaeză filtrarea și demodularea semnal/coduri, procesându-se una sau două frecvențe în functie de tipul receptorului;

Microprocesorul (CPU) care controlează achiziția semnalului, procesarea semnalului, decodificarea mesajelor de navigație și obținerea coordonatelor antenei in timp real;

Blocul de alimentare;

Blocul de memorie și stocare a datelor;

Blocul de control care permite comunicarea dintre utilizator și receptor.

In funcție de utilizarea lor, receptoarele GNSS sunt clasificate în:

Navigatoare, la care recepționarea semnalelor se face pe 8 – 20 de canale. Precizia lor este de aproximativ 10 m și modelele mai noi includ posibilitatea recepționării corecțiilor DGPS de la stații terestre, precizia crescând pana la 1 m.

OEM, numite si motoare GNSS fiind proiectate pentru a intra în componenta unor sisteme complexe care au nevoie de determinarea continuă a poziției în care se află sau de un semnal de timp foarte precis și sincronizat.

Receptoare profesionale pentru topografie și GIS, care procesează codurile C/A, P si L2C. Precizia lor se încadrează între 5m (autonom), 25cm (timp real-diferențial) și 1cm +2ppm (postprocesare diferențială). Au intre 14 si 220 de canale.

Receptoare profesionale geodezice (Fig.3.1.6.), care utilizează codurile C/A, P și L2C și fac măsurători de fază pe frecvențele GNSS disponibile. Au intre 12 si 40 de canale, precizia lor fiind de 5m (autonom), 1cm (timp real-diferențial) și 3mm +0.1 ppm (postprocesare diferențială).

Receptoare profesionale pentru Stații Permanente de Referință GNSS, care fac măsurători de cod și fază pe frecvențele GNSS disponibile.

3.2. Preluarea datelor prin metode fotogrametrice (preluarea de imagini – cameră foto)

Pentru preluarea imaginilor se recomandă utilizarea unei camere digitale de tip DSLR, cu o rezoluție de cel putin 5 mp, evităndu-se lentilele de tip „ochi de pește”, cea mai bună alegere fiind lungimea focală de 50 mm. Este recomandată utilizarea unei distanțe focale in intervalul 20-80mm. Pentru preluarea unui set de date corect, se recomanda:

Evitarea obiectelor strălucitoare, transparente sau care nu sunt texturate;

In cazul obiectelor strălucitoare, crearea unui paravan de umbră;

Evitarea proeminențelor nedorite;

Evitarea mișcării obiectelor din studiul de caz;

Evitarea obiectelor plate.

Modul de preluare a imaginilor constituie un plan pentru obținerea imaginilor, care ține cont de următoarele:

Numărul de imagini preluate, cu căt sunt mai multe imagini preluate cu atăt va fi rezultatul mai precis;

Trebuie redus la minim numărul de zone oarbe numite ‚Blind zones’;

Obiectul de interes ar trebui sa ia suprafața maximă a cadrului;

Este necesară o bună iluminare a zonei de interes pentru o mai bună calitate a rezultatelor. Se evită utilizarea blițului aparatului;

Se efectuează măsurători pe baza modelului reconstituit pentru a se putea localiza markerii in softul de specialitate.

In funcție de modelul captat, trebuie sa tinem cont de sfaturile din imaginile următoare (Fig.3.2.1, Fig.3.2.2.):

3.3. Scanarea laser (laser scanner)

Tehnologia laser este folosită in ziua de astăzi în multe domenii, având aplicații telefonie, chirurgie, metalurgie, industria electronică, etc. Ȋn topografie este utilizată sub forma de EDM (măsurare a distanței electronice).

Laser scanner-ul lansează un fascicul de lumină către o țintă și masoară timpul parcurs de fascicul către țintă și înapoi la sursă, calculând distanța. Laserul calculează distanța și direcția unui număr infinit de puncte și redă harta suprafeței oricărui obiect. LiDAR-ul (light detection and ranging) este o extensie a tehnologiei laser.

Pentru realizarea unei lucrări de scanare laser terestră, se ține cont de următorii pași:

Stabilirea obiectului ce urmează a fi scanat;

Stabilirea distanței optime față de obiect;

Stabilirea stațiilor din care se va scana, astfel încât să nu rămână zone nescanate;

Marcarea reperilor pe teren;

Scanarea obiectului din fiecare stație;

Măsurători pentru stabilirea rețelei geodezice;

Calculul coordonatelor norului de puncte;

Interpretarea rezultatelor.

Laser scanner-ul terestru este de două feluri:

Laser scanner terestru cu poziție fixă;

Laser scanner terestru mobil.

Capitolul 4. Localizare

4.1. Încadrare geografică

Coordonatele geografice ale zonei de studiu sunt următoarele: 44°26’7” latitudine nordică și 26°06’10” longitudine estică. Zona este situata pe teritotiul României, județul București, Municipiul București (Fig.4.1.1.). Modelarea 3D a fost efectuată pe un tronson al Faculății de Geologie și Geofizică, situată pe strada Traian Vuia, Nr.6, Sector 2, Cod Postal 020956.

Orașul București este capitala României, orașul cu cea mai mare populație, cel mai important centru comercial și industrial al țării. Municipiul București se situează în sud-estul României, între localitățile Ploiești (la nord) și Giurgiu (la sud). Este așezat in Câmpia Vlăsiei, componentă a Câmpiei Române (Fig.4.1.2.), este delimitat în partea de este de Câmpia Bărganului, în veste de Câmpia Găvanu – Burdea, iar la sud este delimitat de Câmpia Burnazului. Bucureștiul se întinde pe șapte dealuri: Dealul Mitropoliei, Dealul Spirii, Dealul Cotrocenilor, Dealul Arsenalului, Dealul Filaretului, Dealul Văcărești și Colina Radu Vodă. Pantele din București sunt rezultatul eroziunii fluviale a celor două cursuri principale de apă care îl străbat, cu excepția Dealului Mitropoliei.

Bucureștiul are o suprafață de 228 km2, altitudinile variază între 55,8 m în zona podului de la Cățelu, la 96,3 m în zona Hotelului Carol Parc de pe Dealul Filaretului. Raportat la coordonatele geografice fixe, orașul București se regăsește la intersecția paralelei de 44ș24’49” (ca Belgrad, Geneva, Bordeaux și Minneapolis) cu meridianul de 26ș5’48”, meridian ce străbate, de asemenea, Helsinki și Johannesburg.

Din punct de vedere hidrografic, Bucureștiul se află pe malul râului Dâmbovița, care se varsă în Argeș, afluent al Dunării. Se întâlnesc mai multe lacuri: Herăstrău, Floreasca, tei, Colentina, Cișmigiu, Văcărești. Lacul Văcărești este situat în sudul orașului, cele 183 de hectare de spațiu verde adăpostesc circa 97 de specii de păsări, mai mult de jumătate protejate, dar și 6–7 specii de mamifere (vidră, vulpe, nevăstuică, bizam), amfibieni și reptile.

Pentru efectuarea modelului 3D au fost făcute poze atât în cadrul Facultății de Geologie și Geofizică, cât și în părculețul din curtea interioară a facultății, dar și pe un eșantion de rocă.În interiorul facultății, pozele necesare pentru modelarea 3D au fost făcute pe holul principal, parter, porțiunea cu secretariatul facultății.

Caracterizare morfologică

Pe foaia de hartă București se pot delimita următoarele unități morfologice: Câmpia Bărăganului, Câmpia Mostiștei, Câmpia Vlăsiei, Campia Găvanu -Burdea, Campia Burnasului, terasele și luncile râurilor: Dunăre, Argeș, Bâmbovița, Neajlov și Ialomița.

Terasele și lunca Dâmboviței. În regiunea Bucureștiului râul Dâmbovița prezinta doua nicele de terasă: un nivel superior, cu altitudinea de 8-15 m, dispus pe partea stângă a râului, începând de la VNV de Fundeni până în SE. Nivelul al doilea are altitudini cuprinse între 3-7 m, dispus pe partea stângă aDâmboviței, între Militari și Cățelu, dar și pe partea dreaptă pe o porțiune restrânsă, la S de Bălăceanca. Luna Dâmboviței are o lățime de 1,5-3 km, cu albia minoră intens meandrată (IGR, 1967).

4.2. Cadrul geologic general

Din punct de vedere geologic, Municipiul București este situat în unitatea geotectonică numită Platforma Moesică, iar din punct de vedere morfologic se situeaza în Câmpia Română. Perimetrul studiat în această lucrare se regăsește în foaia de hartă 44 București, întocmită de Institutul Geologic Român (1967) (Fig.4.2.1.).

Caracterizare geologică

Formațiunile care alcătuiesc această unitate aparțin Paleozoicului, Mezozoicului și Neozoicului, cu fundament cutat constituit din șisturi verzi.

Stratigrafie

Paleozoic. În urma forajelor efectuate în această zonă s-au putut intercepta,dintre depozitele Paleozoice, numai cele de vârstă Carbonifer.

Carbonifer inferior. Reprezentat de clacare brune, bituminoase, cu diaclaze de clacit. În partea mijlocie s-au găsit clacare organogene cenușii, iar spre partea inferioara calcarele devin din ce în ce mai dolomitizate și bituminoase.

Carbonifer mediu. Este reprezentat de alternanțe de argile cenușii compacte cu gresii argiloase și calcaroase, cu intercalații de cărbuni. Această succesiune are aproximativ 135 m grosime și conține spori de criptogame vasculare specifice Namurianului superior (IGR, 1967).

Mezozoic. Triasic inferior. În această regiune Triasicul este alcătuit din aceleași sudiviziuni ca în tot restul Câmpiei Române, astfel: seria roșie inferioară, seria carbonatată și seria roșie superioară. Seria roșie inferioară atinge 900 m grosime în zona Călăreți unde este reprezentată prin gresii, nisipuri, argile marnoase roșii și un nivel de marne. Spre partea de S grosimea se reduce considerabil până la 60 m, la Șoldanu, unde se atribuie acestei serii argile nisipoase și gresii verzui. Spre partea de N grosimea seriei roșii inferioare se reduce până la dispariție, la Belciugatele (IGR, 1967).

Triasic mediu. Aici seria carbonatată alcătuită din calcare, calcare dolomitice și dolomite este parțial conservată și atinge grosimea de 270 m în partea de S (Șoldanu), respectiv 100 m în partea de N (Călăreți). Tot Triasicului mediu i-a fost atribuit un pachet cu grosimea de 750 m de calcare pelitomorfe, la partea superioară, și dolomite masive la partea inferioară.

Triasic superior. În sectorul București seria roșie superioară este puternic dezvoltată, cu grosime de 1000 m, în care se disting de jos în sus următoarele succesiuni: (1) gresii roșii-vișinii și brecii sau conglomerate cu elemente de anhidrite și diabaze amigdaloide (± 400 m); (2) anhidrite (± 200 m); (3) nisipuri, conglomerate și argile roșii (± 200 m); (4) marne vărgate (± 200 m). De aici se deduce faptul că sectorul București corespunde unei zone cu subsidență mare în timpul Triasicului, flancată la S (Șoldanu) și N (Periș) de compartimente ridicate (IGR, 1967).

Jurasic mediu. Peste seria roșie superioară se dispun direct depozite medio-jurasice, cu grosime redusă, care marchează îneputul unui nou ciclu de sedimentare. În Jurasicul mediu sedispun succesiuni de clacare negre bituminoase cu fragmente de Astarte sp. și Rhynchonella sp. având în bază siltite și gresii marnoase cenușii și care au o grosime de 170 m . În succesiunea Bucureși și spre E, Jurasicul mediu este alcătuit dint-o serie predominant nisipos-grezoasă, cu intercalații de marno-argile cărbunoase și mici lentine de cărbuni (IGR, 1967).

Jurasi superior. Reprezentat exclusiv prin clacare și dolomite. În zona Popeși Leordeni, Jurasicul superior are o grosime de 900 m, care descrește spre E până la 500 m la Călăreți. În clacarele și dolomitele din București s-au gasit Lacunosela aff. visulica (O p p e l) și Entolium cornutum (Q u e n s t). Aceste forme indică atât prezența Oxfordianului cât și a Kimmeridgianului (Patrulius, 1960).

Neocomian. Are o grosime de aproximativ 300 m și este alcătuit din clacare cu granulație fină, uneori marnoase, cu romboedri de dolomit diseminați în partea bazală (Belciugatele) (IGR, 1967).

Barremian. Reprezentat prin clacare detritice 9calcarenite) de culoare alb-gălbuie, cu intercalații subțiri de marne verzi-ngricioase. La S de Oltenița s-a remarcat prezența unor clacare albe cu aspect cretos, în care sunt vizibile numeroase resturi de Hexacoralieri (Liteanu și Bandrabur, 1960).

Albian. Stă transgresiv peste depozite mai vechi și este alcătuit din gresii glauconitice, cenușii-verzui, cu diaclaze de calcit. Apar intercalații marnoase între gresii. În zona dunăreană Albianul este alcătuit în principal din nisipuri verzi, glauconitice, cu intercalații de gresii glauconitice.

Cretacic superior. Depozitele au grosimi ce variază între 50-100 m și sunt alcătuite în general din marnocalcare și marne, pe alocuri cu intercalații calcaroase.

Neozoic. Este reprezentat în cuprinsul foii București prin termeni ai Miocenului, întreg Pliocenul și Cuaternar (IGR, 1967).

Tortonian. A fost întâlnit numai în forajul de la Moara Săracă, sub adâncimea de 2130 m, pe o grosime de aproximativ 50 m. Aceste depozite sunt alcătuite din clacare marnoase cenușii-albicioase și gresii slab calcaroase, unde s-au identificat: Turitella bicarinata (E c h w), T. Orientalis, Cerithium bronni (P a r t s c h), Corbula sp., Arca sp.

Sarmațian. Grosimea depozitelor crește de la S la N până la 700 m la Moara Săracă. Sarmațianul este alcătuit din marne compacte, cenușii, cu rare intercalații subțiri de nisipuri micacee sau cu pelicule calcaroase. Pe întreaga succesiune au fost observate moluște fosile, dintre care la partea inferioră Cryptomactra pes anseris (A n d r), caracteristică Sarmațianului mediu, fapt ce demonstrează că transgresiunea sarmațiană începe cu Basarabianul (IGR, 1967).

Meoțian. Are o grosime de 150 m și este alcătuit din marne, marne nisipoase, cu intercalații de nisipuri micacee. În marne apare o faună de moluște alcătuită din: Hydrobia sp., Dreissena sp., Comgeria sp., Unio sp.

Ponțian. Alcătuit din marne, marne nisipoase cenușii,compacte, cu grosimi de câțiva metri la S, până la peste 180 m. Conțin: Dreissena sp., Viviparus sp., Prosodacna sp., Monodacna sp., Didacna sp.

Dacian. Acoperă transgresiv marnele ponțiene, cu grosimi mici în S, iar în N cu rosimi de până la 600 m. Alcătuit din nisipuri fine, micaceee, cenușii-gălbui, cu rare intercalații de marne și marne nisipoase. Se caracterizează printr-o bogată faună: Horiodacna rumana (S a b b a), Prosodacna munieri (S a b b a), P. Stenopleura (S a b b a), Unio rumanus ( T o u r n), Viviparus argesiensis (S a b b a), Hydrobia grandis (C o b), Lithoglyphus amplus (B r u s), Limnocardium sp. (IGR, 1967).

Levantin. Depozitele apr la zi pe fruntea sudică a câmpului Burnas, de la V de Băneasa până la Pueni și de aici spre E, în fundamentul terasei înalte a Dunării, până la V de Căscioarele. În bază începe cu un orizont de tufuri calcaroase, cenușii-închise, uneori alterate, cu mulaje de Felix sp., Planorbis sp. și Cardiacee. În zona Mânăstirea tufurile calcaroase trec lateral spre N la argile și argile nisipoase, cu o asociație de moluște. Peste orizontul tufurilor calcaroase, între Greaca și Căscioarele, urmează nisipuri gălbui-verzui, slab argiloase, acoperite de marne cenușii închise fosilifere. Înspre N, depozitele levantine apar numai în foraje și sunt reprezentate printr-o alternanță de argile și argile nisipoase cenușii-vinete, cu intercalații de nisipuri.

Pleistocen inferior. Peste depozitele levantine se dispune un orizont de pietrișuri și nispuri cunoscut sub numele de „stratele de Frătești” (Liteanu, 1952). Aceste strate sunt alcătuite la partea superioară din nispuri mărunte și fine, uneori grosiere, micacee, iar către bază predomină pietrișuri și bolovănișuri constituite din cuarțite, micașisturi, gresii, calcare, silexuri și tufuri calcaroase. În stratele de Frătești s-a gasit o fauna de moluște fosile remaniată din depozitele levantine, pe langa care s-a gasit și faună cuaternară. Caracteristică pentru stratele de Frătești este fauna de mamifere fosile: Archidiskodon planifrons (N e s t i), Archidiskodon meridionalis (N e s t i), Dicerorhinus struscus (F a l c), Cervus perrieri (C r o i z).

Pleistocen mediu. În zona București Pleistocenul mediu este reprezentat printr-o succesiune de marne, argile și nisipuri, cunoscută sub numele „complexul marnos” (Liteanu, 1952). În complexul marnos s-au identificat: Corbicula fluminalis ( M ü l l), Valvata piscinalis (M ü l l), Planorbis (Tropodiscus) ombilicatus (M ü l l), P. Planorbis (L), Pisidium priscum (E i c h w), P. Amnicum (M ü l l), P clesini (N e u m), Sphaerium rivicola (L e a c h), Viviparus diluvianus (K u n t h), Anisius (Spiralina) vortex (L) (IGR, 1967).

Pleistocen superior. Reprezentat în bază printr-un orizont de nisipuri marunte și fine, gălbui, cu intercalații de concrețiuni grezoase sau calcaroase, cu o grosime de 8-20 m, cunoscut sub numele de „nisipuri de Mostiștea” (Liteanu, 1953). Nisipurile de Mostiștea suportă o serie de depozite: depozite intermediare și pietrișuri de Colentina, în interfluviul Argeș-Bâmbovița și depozite loessoide în câmpiile Găvan-Burdea, Mostiștei, Bărăganului (Liteanu, 1952).

Holocen inferior. Alcătuit din depozite loessode care aprțin terasei inferioare a râurilor Argeș, Dâmbovița și Neajlov și prin aluviunile grosiere ale terasei joase a acestor râuri.

Holocen superior. Reprezentat prin depozitele loessoide din terasele joase ale râurilor, aluviunile grosiere și fine ale luncilor, precum și depozitele de dune care acoperă partea de N a Câmpiei Bărăgan. Holocenul superior se încheie cu depozite psamitice, pe alocuri cu intercalații de mâluri la partea superioară a acumulărilor de luncă (IGR, 1967).

Elemente structurale.

Platforma Moesica (Fig.4.2.2.) are o cuvertură care cuprinde, în cadrul foii București, o succesiune de la Carbonifer Inferior și până la Cuaternar, cu câteva discontinuități: între carboniferul mediu și Triasicul inferior, între Triasic și Jurasic mediu, cu o lacună ce cuprinde la nivel local tot Triasicul superior și o parte din triasicul mediu, între Barremian și Albian (IGR, 1967).

Platforma Moesică este mărginită la N de falia Peceneaga-Camena și la S de falia Capidava-Ovidiu. Dobrogea Centrală este un bloc ridicat la marginea NE a Platformei Meosice, în alcătuirea căruia aflorează două seii metamorfice: seria Altîn Tepe și formațiunea șisturilor verzi (Săndulescu, 1984). Din Cretacicul Superior platforma Moesică se ridică și rămâne exondată până la începutul Tortonianului, după care tot teritoriul este acoperit de ape până la sfârșitul Pliocenului. Depozitele miocene și pliocene sunt transgresive de la N la S,iar în interiorul luncii Dunării secvențele pliocene sunt erodate. În Pleistocenul Inferior își incepe activitatea un regim fluviatil în timpul căruia se depun stratele de Frătești. Urmează în timpul Pleistocenului Mediu un regim lacustru care a generat complexe marnoase, la începutul Pleistocenului Superior se constată un regim fluviatil deltaic (nisipurile de la Mostiștea), iar aceste depozite sunt acoperite de sedimente loesoide (IGR, 1967).

Cuvertura prejurasică este ondulată, cu două sectoare mai ridicate în S și N, iar între aceste sectoare se desfășoară o depresiune puternic subsidentă în timpul Triasicului. Suprafața formațiunilor cretacice se afunda în trepre de la S la N. Ȋn cadrul platformei Meosice exista o schimbare de gradient interpretată inițial ca o flexură, care s-a dovedit a fi o zona relativ largă, cu falii direcționale, de-a lungul cărora blocurile sudice sunt căzute, iar cele nordice sunt ridicate. Ȋn Holecenul Superior platforma Meosică este afectată de o mișcare negativă, pusă în evidența prin apariția la gura văilor aluente Dunării (IGR, 1967).

Capitolul 5. Studiul de caz

5.1. Preluarea datelor în teren (preluarea de imagini și măsurarea distanțelor)

Studiul de caz se bazează pe o documentare amănunțită a procedeelor de preluare și prelucrare a imaginilor în vederea obținerii unui model tridimensional, folosind metoda fotogrammetrică.

Pentru acest studiu de caz s-a realizat modelul 3D a unor obiective din incinta Facultății de Geologie și Geofizică, ele fiind: statuia din curtea interioară, o rocă metamorfică (skarn calcic) din exponatele departamentului de geologie și un birou din incinta facultății.

Pentru preluarea imaginilor s-a folosit o cameră foto mirrorless Sony A7R cu senzor Full Frame Exmor CMOS 36.3 Megapixeli și cu procesor de imagine BIONZ X, cu o gamă largă de opțiuni foto-video și un obiectiv Zeiss Loxia cu o distanță focală de 50mm, design planar cu o construcție de 6 elemente în 4 grupuri și focalizare manuală precisă.

Excepție face roca metamorfică la care s-a folosit o cameră foto Nikon D3300 cu obiectiv inclus 18-55mm VR II retractabil, senzor CMOS de 24,2 Megapixeli si procesor de imagine EXPEED 4.

Soluția software folosită la prelucrarea imaginilor si realizarea modelelor tridimensionale a fost soft-ul Agisoft PhotoScan Professional.

Prima etapă de lucru a fost preluarea imaginilor in teren, ceea ce implică stabilirea unor puncte de referință și măsurarea a două distanțe, una verticală și una orizontală pentru a obtine modelul 3D la scară, respectănd condițiile optime pentru cea mai bună calitate a datelor. Pentru statuia din curtea interioară, care este primul obiect ce face parte din studiul de caz, s-au preluat 260 de imagini cu o suprapunere continuă de minim 70%. Modul de preluare a imaginilor a fost circular, in jurul obiectului.

După ce s-au preluat imaginile din teren, s-au făcut măsurători între anumite puncte situate pe obiectul de studiu pentru a putea introduce dimensiunea obiectului pentru realizarea lui la scară.

5.2. Prelucrarea îmaginilor în Lightroom

Primul pas în procesul de modelare tridimensională a fost prelucrarea imaginilor in soft-ul Adobe Photoshop Lightroom, pentru a aplica corecții de culoare, contrast, luminozitate si umbre, tuturor imaginilor.

Pentru importarea imaginilor, în ecranul de pornire, s-a selectat din meniu File, apoi comanda Import photos and video.

Figura 5.2.2. Imagini importate în Lightroom.

Dupa ce s-au importat imaginile, meniul din partea dreaptă a soft-ului ne permite să aplicăm corecții manual sau automat, dănd click pe butonul Auto.

După selectarea procesării auto, s-au selectat imaginile si s-au aplicat corecții pentru toate, utilizând comanda Sync. Dupa cum se poate vedea (Fig. 5.2.4.), soft-ul a modificat automat parametrii, aplicănd corecțiile pentru un rezultat cat mai clar al imaginilor.

Soft-ul permite utilizatorului să proceseze manual imaginiile, in funcție de nevoile lui. Ȋncepând cu Fig. 5.2.5. am procesat manual fotografiile umblănd la contrast, luminozitate, expunere, umbre și culori, pentru a putea face diferența intre cele doua tipuri de procesare.

După prelucrarea imaginilor, se face exportarea lor accesând meniul File, selectând opțiunea Export și selectând locația unde dorim să fie exportate.

Realizarea modelelor 3D utilizând programul Agisoft PhotoScan

Programul Agisoft PhotoScan este o soluție în modelarea 3D bazată pe imagini și permite realizarea produselor fotogrammetrice. Ȋn continuare vă voi prezenta modul de lucru pentru realizarea modelului 3D al primului obiect studiat, statuia din curtea facultății. Pentru realizarea modelelor 3D propuse, au trebuit parcursi următorii pași:

Importarea imaginilor;

Alinierea imaginilor;

Introducerea punctelor ‚markeri’;

Generarea norului dens de puncte (Dense Cloud);

Aplicarea plasei de puncte (Build Mesh);

Aplicarea texturii.

Importarea imaginilor în programul de lucru se face selectănd din meniul Workflow opțiunea Add Photos. Se selectează pozele pe care dorim sa le importăm și executăm comanda Open.

Alinierea imaginilor se realizează pentru a face o verificare a tuturor imaginilor preluate pentru a înlătura imaginile înclinate, neclare și care nu sunt de folos. Alinierea se face selectând din meniul Workflow opțiunea Align Photos, apoi se aleg parametrii generali și avansați.

Parametrii generali sunt:

Acuratețea, care poate fi mare pentru o estimare precisă și scăzută pentru o estimare robustă dar cu un timp de procesare mult mai scăzut.

Selecția perechilor, care poate fi generică, unde perechile de imagini sunt selectate cu o precizie scăzută și de referință, unde perechile de imagini ce se suprapun sunt selectate pe baza coordonatelor centrelor de perspectivă.

Parametrii avansați sunt:

Limita superioară a punctelor cheie din fiecare imagine.

Limita superioară a numărului punctelor de legătură pentru fiecare imagine.

Setarea dimensiunii obiectului este următoarea etapă. Pe obiectul în lucru se plaseză puncte Marker. Pentru statuia din curtea interioară s-au creat un număr de 11 puncte marker cu 6 distanțe măsurate cu precizie între aceste puncte. După ce au fost plasați markerii, la secțiunea Scale Bars se selectează punctele a căror distanță o cunoaștem, două câte două și se introduce distanța măsurată in teren.

Punctele marker se plasează pe o singură imagine, soft-ul plasându-le automat și la restul. După plasarea markerilor, am verificat fiecare poză în parte pentru a verifica că eroarea cu care i-a distribuit soft-ul sa nu fie mai mare de 2,5-3 pixeli.

Următorul pas este generarea norului dens de puncte (Dense Cloud). Din meniul Workflow selectăm opțiunea Build Dense Cloud, selectăm parametrii doriți și apăsăm butonul OK. Selectarea unei calități mai mari rezultă o geometrie mai precisă și mai detaliată, păstrând dimensiunea originală a imaginilor.

După generarea norului dens de puncte rezultă un numar final de 48.166.454 puncte față de numărul inițial de legătură de doar 443.780 puncte.

Ȋn imaginea de mai jos se poate vedea poziția camerelor în teren în momentul preluarii imaginilor.

Aplicarea rețelei de puncte (Build Mesh) se face din meniul Workflow, de unde se selectează opțiunea Build Mesh. Se setează parametrii generali și avansați in funcție de rezultatul (Fig. 5.3.9.) dorit și se apasă butonul OK.

Ultima etapă de prelucrare a datelor este aplicarea texturii, în urma căreia va rezulta modelul final tridimensional. Pentru aplicarea texturii se va selecta din meniul Workflow opțiunea Build Texture, se vor selecta parametrii doriti apoi se apasă butonul OK.

În urma aplicării texturii, a rezultat un model 3D final cu 2.309.308 fete și 1.160.567 vârfuri. Modelul final poate fi vizualizat mai jos, în următoarele imagini:

Urmând pașii pe care i-am prezentat mai sus, la realizarea modelului 3D al statuii, am mai realizat modelul tridimensional al rocii metamorfice si al biroului facultății, modele ce sunt prezentate in continuare:

Rocii metamorfice (skarn calcic), i s-au făcut 86 de poze care au fost prelucrate. Norul de puncte de legatură a rezultat 90.791 de puncte.

După generarea norului dens de puncte, a rezultat un număr de 10.731.708 de puncte și modelul prezentat mai jos:

Modelul solid al rocii a rezultat dupa aplicarea Build Mesh din meniul Workflow:

După ultima etapă, aplicarea texturii, s-a obținut un model 3D al rocii cu 238.475 de fețe și 120.304 de vărfuri.

Modelul final al rocii poate fi vizualizat in imaginile de mai jos:

Din prelucrarea datelor pentru cel de al treilea obiectiv propus, biroul, norul de puncte de legătură a generat 495.219 de puncte.

După crearea norului dens de puncte, a rezultat un total de 86.567.561 de puncte.

După aplicarea texturii s-a obtinut modelul final, având 2.036.170 de fețe și 1.078.799 de vârfuri.

În imaginea de mai jos puteți vedea modelul final al biroului.

Concluzii

În lucrarea de față s-au realizat trei modele 3D, cu un timp de procesare diferit dar relativ mic față de alte soluții.

Nevoia de modelare și vizualizare tridimensională a crescut foarte mult în ultimul timp și cererea este in continuă creștere, această metodă fiind foarte populară în domeniu.

Costurile unor astfel de proiecte sunt foarte mici dacă deja au fost achiziționate uneltele de lucru, soft-ul specializat care are un preț de doar 179 USD pentru ediția standard și un preț de 3499 USD pentru ediția prefesională și aparatul foto al cărui preț diferă în funcție de nevoile utilizatorului..

Nu necesită personal calificat în domeniu pentru procesarea și crearea unor modele 3D, ci doar un scurt training.

Modelele 3D realizate pot fi exportate și încărcate foarte ușor într-o varietate de programe (AutoCAD, Global Mapper, ArcMap, etc.).

Modelele 3D realizate prin metode fotogrammetrice pot fi realizate și în spații înguste sau in zone cu un teren accidentat, unde alte metode nu ar putea fi aplicate.

Rezultatele obținute au o precizie foarte mare si un nivel de detaliu ridicat.

Modelarea tridimensională oferă o soluție bună proiectelor pentru infrastructură, planificare urbană, peisagistică, etc.

Modelarea tridimensională poate fi folosită cu succes în multe domenii, oferind soluții optime și profesionale.

Bibliografie

Cornel Păunescu, 2001, Curs de Geodezie-Topografie I, Editura Universității din Bucuresti;

Cornel Păunescu, 2001, Curs de Geodezie-Topografie II, Editura Universității din Bucuresti;

Cornel Păunescu, George Dimitriu, Victor Mocanu, Sistemul de determinare a poziției utilizănd sateliții (GNSS), Universitatea din București;

Cornel Păunescu, Ileana Spiroiu, Marian Popescu, Vlad Păunescu, Curs de Geodezie-Topografie, Universitatea din București;

Mircea Băduț, 2007, GIS Sisteme Informatice Geografice- fundamente practice, Editura Albastră, Cluj-Napoca;

Murgeanu G., 1967, Harta geologica scara 1:200.000, foaia 44, București, Comitetul de Stat al Geologiei. Institutul Geologic, București;

Murgeanu G., 1967, Nota explicativă din foaia 44, București, Comitetul de Stat al Geologiei, Institutul Geologic, București;

Octavian Georgescu, 2012, Teza de Doctorat, București

Săndulescu M., 1984, Geotectonica României, Ed. Tehnică, București;

http://silvic.usv.ro/cursuri/infografica.pdf;

https://www.int-arch-photogramm-remote-sens-spatial-inf-sci.net/XL-5-W4/263/2015/isprsarchives-XL-5-W4-263-2015.pdf;

http://jezreelvalleyregionalproject.com/Prins-2016_3D-Modeling-for-Archaeological-Documentation_Version-3.0.pdf

http://www.expertcadastru.ro/blog/81-stereo-70.html;

https://www.bluemarblegeo.com/products/global-mapper.php;

http://www.mining.com/web/golden-software-releases-surfer-2d-and-3d-mapping-modeling-and-analysis-software/;

https://thehaskinssociety.wildapricot.org/resources/documents/tutorials/photogrammetrywithphotoscantutorial.pdf;

http://www.goldensoftware.com/about;

http://www.ocpigj.ro/download/2009/Ordin%20DG%20ANCPI%2080/TOPRO5.pdf;

http://old.unibuc.ro/prof/ene_m/docs/2015/oct/01_11_11_09Info5.pdf;

http://www.agisoft.com/pdf/PS_1.1%20-Tutorial%20(BL)%20-%203D-model.pdf;

http://mvrl.tehnogis.ro/rez_liv_thg/Rezumat_livrabil_8.1.pdf;

Anexe

Anexa 1: Raport Agisoft procesare statuie

Statuie

Nedelcu Mihai procesare

26 June 2018

Survey Data

Fig. 1. Camera locations and image overlap.

Table 1. Cameras.

Camera Calibration

Fig. 2. Image residuals for ILCE-7R (50mm).

ILCE-7R (50mm)

260 images

Table 2. Calibration coefficients and correlation matrix.

Scale Bars

Table 3. Control scale bars.

Digital Elevation Model

Fig. 3. Reconstructed digital elevation model.

Processing Parameters

General

Software