DE3420588C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stereophotogrammetrisches Vermes­ sungsverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, das aus Deutsche Bauzeitung, H. 9 und 10, 1966 bekannt ist.

Die Stereophotogrammetrie ist ein wegen ihrer Leistungsfähig­ keit weit verbreitetes Vermessungsverfahren, welches für die planimetrische und altimetrische Vermessung unbeweglicher Objekte an Land, beispielsweise von Gebäuden, Ruinen, Konstruk­ tionen usw. oder des Landes selbst in topographischen, karto­ graphischen und anderen Anwendungsfällen allgemein bekannt ist. Die Stereophotogrammetrie beruht im wesentlichen auf einer statischen Meßtechnik des Meßobjektes, bei der nicht das Objekt selbst sondern eine dreidimensionale, photographische Abbildung oder ein stereoskopisches, optisches Modell desselben benutzt wird, dessen Gestalt und Abmessungen im Raum von einem Stereoplotter wiedergegeben wer­ den. Hierzu wird ein Paar oder mehrere Paare Photographien des Meßobjektes verwendet, die jeweils von zwei unterschiedlichen Aufnahmepunkten gemacht wurden.

Das bekannte Verfahren der stereophotogrammetrischen Vermes­ sung sieht im wesentlichen vor, von zwei verschiedenen Punkten zwei oder mehrere Paare Photographien eines Vermessungsobjek­ tes zu machen, um stereoskopische Abbildungen des Objekts selbst zu erhalten. Dazu werden im voraus die Raumkoordinaten von mindestens fünf charakteristischen Punkten, entweder am Objekt selbst oder in seiner Nähe, bestimmt. Diese sind nötig, um die unzweideutige und exakte Rekonstruktion eines stereo­ skopischen Modells ohne Parallaxenfehler zu ermöglichen, das Modell im Raum durch entsprechendes Drehen zu begradigen und auszurichten, bis es absolut horizontal liegt, und schließlich um den planimetrischen Maßstab des stereoskopischen Modells selbst exakt festzulegen. Die genannte Bestimmung der fünf Punkte auf den X-, Y- und Z-Raumkoordinaten erfolgt gemäß bekannter topographischer Verfahren. Ausgehend von den Photo­ graphien wird im Labor eine dreidimensionale Abbildung oder ein optisches Modell des Vermessungsobjektes mit einem Stereo­ plotter hergestellt, und nach der richtigen Ausrichtung des Modells werden an dem Modell statt am tatsächlichen Objekt die nötigen Messungen vorgenommen. Dabei ist die Skala, die die Umwandlung jeder beliebigen linearen Messung an dem opti­ schen Modell in die entsprechende Entfernung am tatsächlichen Modell ermöglicht, bereits bekannt. Schließlich werden die ge­ machten Messungen auf Band aufgezeichnet und elektronisch wei­ terverarbeitet, um mit einem Kurvenschreiber aufgezeichnete graphische Ergebnisse oder numerische Ergebnisse in Tabellen­ form nach entsprechender Datenverarbeitung zu erhalten.

Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es bei gewissen Vermessungsfällen nicht anwendbar ist, wo z. B. aus praktischen Gründen der Personalsicherheit aufgrund der unwirtlichen und/ oder gefährlichen Umgebung, oder wegen der aufgrund der Bau­ stellenerfordernisse zur Verfügung stehenden kurzen Zeit oder aus anderen zwingenden Gründen absolut keine Möglichkeit be­ steht, im voraus die Raumkoordinaten der fünf Punkte zu be­ stimmen.

Das ist im allgemeinen der Fall wenn Offshore-Plattformen zur Erdölgewinnung im offenen Meer errichtet werden sollen. In diesem Fall ist es nach dem Eintreiben von Stützrohren in den Meeresboden zum Einbau einer festen Produktions- oder Förder­ anlage mittels des Einrohrsystems nötig, den genauen Abstand zwischen den Mitten der Rohrenden zu bestimmen, damit die da­ rauf zu lagernde Plattform exakt ausgelegt werden kann, denn deren Beine müssen auf den Enden der Stützrohre selbst genau aufliegen. Hierbei ergibt sich das Problem, daß mit einer spezifizierten Näherung von 1-2 cm die Entfernung zwischen den nicht einmal markierten Zentren der Stützrohre bestimmt werden muß, von denen drei oder mehr mit einem Durchmesser von 2-3 m etwa um 8-12 m aus dem Meer herausragen und in einem Abstand von 20-30 m voneinander sowie 20-50 km von der Uferlinie ent­ fernt eingerammt sind.

Außerdem muß jedes Stützrohr auf Unregelmäßigkeiten im Umfang und in der Dicke sowie auf das Vorhandensein von Beulen auf­ grund von Kollisionen mit Wasserfahrzeugen untersucht werden. Ferner muß die vertikale Genauigkeit, mit der die Stützrohre eingerammt sind, bestimmt werden, so daß eine Vielzahl von Messungen nötig ist, die eigentlich nur die stereophotogramme­ trische Methode erlaubt. Aber wegen des wesentlichen Erforder­ nisses, ständig die Sicherheit des Personals zu berücksichti­ gen, ist es unmöglich, die nötigen Messungen unmittelbar mit ausreichender Genauigkeit vorzunehmen. Deshalb kann das ge­ nannte Verfahren nicht angewendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil durch ein Ver­ messungsverfahren zu vermeiden, bei dem zwar die Stereophoto­ grammetrie angewandt wird, aber trotzdem keine direkten Messun­ gen an dem Vermessungsobjekt vorgenommen werden müssen.

Das Verfahren soll die leichte und exakte Vermessung selbst von solchen Objekten ermöglichen, die sich an unbequemer und ver­ hältnismäßig unzugänglicher Stelle befinden, wie der Stützrohre für den Einbau von Offshore-Plattformen.

Das diese Aufgabe lösende Verfahren ist mit seinen Ausgestal­ tungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung schafft die Mög­ lichkeit, die Photoaufnahmen statt mit ortsfest angeordneten Kameras aus der Luft zu machen und dabei zugleich sich bewe­ gende Objekte oder Objekte innerhalb einer sich bewegenden Umgebung aufzunehmen, wobei direkte Messungen am Objekt ent­ fallen können, ohne daß auf genaue Vermessungsobjekte verzichtet werden muß.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zwei synchronisierte photographische Meßkameras in einem exakt bekannten Abstand voneinander mit Hilfe eines Trägers angeord­ net, der aus hochfestem Metall, z. B. Duralumin, Sonderstrahl, usw. besteht. An den Enden dieses Trägers werden die Kameras verstellbar angebracht. Man photographiert das Vermessungs­ objekt entweder von einem Hubschrauber aus, aus dessen beiden Türen man den Träger freiragend herausragen läßt, oder von einem hohen Kran aus, mit dem man den Träger, gegebenenfalls eingesetzt in einem Käfig oder Korb, ca. 30 m hochzieht.

Das Vermessungsverfahren erlaubt an Objekten mit großen Abmes­ sungen und von beliebiger Kompliziertheit, selbst wenn sie sich an unbequemen oder verhältnismäßig unzugänglichen Stellen be­ finden, äußerst einfache, betriebssichere Messungen kleinster Art mit hoher Genauigkeit bei beträchtlicher Zeit- und Kosten­ ersparnis vorzunehmen.

Erfindungsgemäß werden die photographischen Aufnahmen des Ver­ messungsobjekts aus einer Entfernung von ca. 30 m mit zwei photographischen Meßkameras gemacht, die miteinander synchroni­ siert und in einem bekannten Abstand von ca. 6 m voneinander angeordnet sind. Damit kann die nötige Genauigkeit der Tiefen­ messung mit dem Stereoplotter bei einem maximal erlaubten Feh­ ler von ±1 cm erzielt werden. Auf diese Weise wird ein ge­ naues stereoskopisches Modell erhalten, an dem Präzisionsmes­ sungen vorgenommen werden können. Diese Messungen betreffen nicht nur stationäre Objekte, beispielsweise die Stützrohre von Offshore-Plattformen, sondern sie können auch an beweg­ lichen Objekten gemacht werden, beispielsweise Oberflächen­ flüssigkeiten, Schwimmkörpern, hängenden Kabeln usw. Durch einfaches Einsetzen eines Vergleichselements in das Feld der photographischen Aufnahme kann nicht nur das stereoskopische Modell exakt ausgerichtet sondern auch jede beliebige lineare Messung des tatsächlichen Vermessungsobjekts erhalten werden, da der planimetrische Maßstab ohne weiteres erkennbar ist. Als Vergleichselement wird z. B. eine nicht verlängerbare Stahl­ kette in das Bildfeld eingeführt, die sich nicht verheddern kann, und deren Länge im voraus exakt gemessen worden ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Darstellung der Verfahrensstufe, bei der eine Kette von bekannter Länge zwischen zwei beliebigen Stützrohren eingehängt ist;

Fig. 2 die Stufe, bei der gemäß einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel ein Luftbild von einem Hubschrauber gemacht wird;

Fig. 3 die Stufe, bei der gemäß einem weiteren Ausführungs­ beispiel die Aufnahme mit Hilfe eines großen Krans ge­ macht wird;

Fig. 4 die Darstellung eines mittels Stereoplotter erhaltenen stereoskopischen, optischen Modells, an dem die Messun­ gen vorgenommen werden.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in Anwendung bei dem Ein­ bau einer Offshore-Plattform gezeigt, bei dem im wesentlichen der genaue Abstand zwischen den Mitten der Enden von drei in den Meeresboden eingetriebenen Stützrohren bestimmt werden muß.

In den Figuren sind drei Stützrohre 1, 2 bzw. 3 mit einem Durchmesser von 2-3 m gezeigt, die insgesamt in einer Entfer­ nung von 20-50 km von einer Küstenlinie 5 in den Boden des Meeres 4 eingerammt sind und um etwa 8-12 m aus dem Meer herausragen, um eine aufzulegende Plattform zu stützen. Die Beine der Plattform müssen genau auf den Enden der Stützrohre aufliegen.

Um das erfindungsgemäße Verfahren für die nötige Bestimmung der Entfernung zwischen den Mitten der drei Stützrohre, die nicht markiert sind, anzuwenden, wird zwischen zwei Stütz­ rohren 1 und 2 mit Hilfe eines Wasserfahrzeugs 6 eine nicht dehnbare Stahlkette 7 eingehakt, die sich nicht verheddern kann und an der zwei Bezugsmarken oder Bezugssignale 8 und 9 fest angebracht sind. Der Abstand, in dem diese Bezugsmarken voneinander angebracht sind, ist im voraus im Labor exakt ge­ messen worden.

Die beiden Bezugsmarken 8 und 9 haben eine solche Größe, daß sie, ebenso wie die Kettenglieder in Photogrammen, die aus einer Entfernung von 30-40 m gemacht werden, zuverlässig sicht­ bar sind. Die Stahlkette 7 ist so gestreckt, daß sie nie die Oberfläche des Meeres 4 berührt.

Das aus Stützrohren und Kette bestehende System wird dann mit zwei photographischen Meßkameras 10 und 11 photographiert, die miteinander synchronisiert und orientierbar an einem ca. 6 m langen Träger 12 aus hochfestem Material angebracht sind. Der Träger ragt freitragend aus den beiden Türen eines Hub­ schraubers 13 und liegt dabei in einer Höhe von ca. 30 m.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist der die beiden Meßkameras 10 und 11 an seinen Enden abstützende Träger 12 an einem Käfig 14 angebracht, der, wie Fig. 3 zeigt, in einer Höhe von ca. 30 m von einem großen Kran 15 hängend abgestützt ist.

Die paarweise erhaltenen Photographien werden in einen Stereo­ plotter eingegeben, der ein stereoskopisches, optisches Modell des photographierten Objekts erzeugt, wie in Fig. 4 gezeigt.

An diesem Modell werden an Positionen, die jeweils einem der acht herkömmlichen perimetrischen Orte photogrammetrischer Orientierung, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23 entsprechen, unter Verwendung des beweglichen Pfeils des Stereoplotters Bestimmungen der Tiefe (Z-Achse) einer geeigneten Anzahl von Punkten 16 ^I . . . 23 ^I gemacht. Diese Punkte liegen gleichmäßig zur Hälfte auf den Wellenkämmen (positives Maximum) und zur anderen Hälfte in den Tälern (negatives Maximum) der Wellen des Meeres 4. Der Durchschnittswert dieser Messungen ergibt das durchschnittliche Niveau der Wasseroberfläche und folglich die Durchschnittsebene, die horizontal sein muß.

Durch entsprechendes Drehen des optischen Modells in solcher Weise, daß das Niveau der acht Orte auf das festgelegte Durch­ schnittsniveau gebracht wird, wird das optische Modell richtig orientiert. Anhand des nunmehr ordnungsgemäß ausgerichteten optischen Modells kann wiederum unter Verwendung des beweg­ lichen Pfeils des Stereoplotters im photographischen Maß­ stab die Länge des Kettenbogens exakt gemessen werden, der zwischen den beiden gut sichtbaren Bezugsmarken oder Bezugs­ signalen 8 und 9 der Stahlkette 7 liegt.

Diese Messung erfolgt durch Summieren der Längen kleiner Bo­ genabschnitte, die beispielsweise einem (ebenfalls sichtbaren) Kettenglied der Stahlkette entsprechen.

Unter Bezugnahme auf das direkte Verhältnis des so bestimmten Wertes zu dem exakt im voraus gemessenen Wert des zwischen den Bezugsmarken 8 und 9 liegenden Kettenabschnitts wird der Um­ rechnungsfaktor erhalten, anhand dessen jeder beliebige tatsäch­ liche Abstand durch eine entsprechende lineare Messung an dem Modell gewonnen werden kann.

Claims (3)

1. Stereophotogrammetrisches Vermessungsverfahren, insbeson­ dere für groß bemessene Objekte auf dem Meer, bei dem das Ver­ messungsobjekt (1 bis 3) zusammen mit einer bekannten Meßstrecke von zwei einen exakt bekannten Abstand zueinander aufweisenden Kameras (10 und 11) aufgenommen wird, mit Hilfe eines Stereoplotters ein stereoskopisches, optisches Modell (Fig. 4) des Vermessungsobjektes anhand eines oder mehrerer Paare von Photographien des Vermessungsobjektes hergestellt wird und lineare Messungen am optischen Modell mittels des Ab­ bildungsmaßstabs in entsprechende Strecken des Vermessungsob­ jektes umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - an dem Vermessungsobjekt (1 bis 3) vor seiner Aufnahme eine verhedderungsfreie nicht dehnbare Stahlkette (7) mit zwei einen exakt im voraus gemessenen Abstand aufweisende Markierungen (8 und 9) an beiden Enden so aufgehängt wird, daß die Markierungen (8 und 9) sowie die zwischenliegenden Kettenglieder auf aus einer Entfernung von 30 bis 40 m gemachten Photogrammen zuver­ lässig und vollständig sichtbar sind,
• - das Vermessungsobjekt (1 bis 3) aus einer Entfernung von ca. 30 m und mit synchronisierten Kameras (8 und 9) aufgenommen wird, die in einem Abstand von ca. 6 m zueinander angeordnet sind,
• - an acht herkömmlichen perimetrischen Orten (16 bis 23) pho­ togrammetrischer Orientierung des stereoskopischen, optischen Modells acht Sätz von Punkten (16′ bis 23′) in angemessener Anzahl ausgemessen werden, die zur Hälfte auf dem Niveau der Kämme (positives Maximum) und zur anderen Hälfte in den Tälern (negatives Maximum) der das Vermessungsobjekt (1 bis 3) umge­ benden Wellen des Wassers (4) bzw. des Bodens liegen,
• - aus diesen Messungen das durchschnittliche Niveau einer horizontalen Ebene bestimmt wird,
• - das stereoskopische, optische Modell durch entsprechende Drehung auf diese horizontale Ebene ausgerichtet wird,
• - an dem auf diese Weise orientierten optischen Modell im photographischen Maßstab die Kettenbogenlänge zwischen den beiden Markierungen (8 und 9) bestimmt wird, indem die Summe der Längen kleiner einem Kettenglied entsprechenden Bogenseg­ mente gebildet wird,
• - der Maßstab als das Verhältnis der so bestimmten Kettenbogen­ länge zu dem im voraus gemessenen Abstand zwischen den Markie­ rungen festgelegt wird, und
• - jede lineare Messung an dem optischen Modell mit diesem Maß­ stab in die entsprechende Strecke des Vermessungsobjektes (1 bis 3) umgewandelt wird.

2. Vermessungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden synchronisierten photographischen Kameras (10 und 11) an den Enden eines Trägers (12) aus hochfestem Metall im exakt bekannten Abstand orientierbar angebracht sind, und man zum Aufnehmen des Vermessungsobjekts (1 bis 3) die Enden des Trägers (12) freitragend aus den beiden Türen eines auf etwa 30 m über dem Vermessungsobjekt (1 bis 3) aufgestiegenen Hubschraubers ragen läßt.

3. Vermessungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden synchronisierten photographischen Kameras (10 und 11) an den Enden eines Trägers (12) aus hochfestem Metall im exakt bekannten Abstand orientierbar angebracht sind und man zum Aufnehmen des Vermessungsobjektes (1 bis 3) den Träger (12) mit einem hohen Kran etwa 30 m über dem Vermessungsobjekt (1 bis 3) hält.