فتوگرامتری برد کوتاه، روشی مناسب برای تعیین جابجایی

با وجود اینکه فتوگرامتری بردکوتاه در حوزه مهندسی عمران به ویژه جابجایی سنجی سازه های بزرگ مقیاس خیلی متداول نشده است، اما پروژه های موفق اجرا شده در این زمینه گویای پتانسیل بالای این روش در این حوزه است. امروزه با در دسترس بودن دوربین های پیشرفته رقومی ارزان قیمت، امکان اخذ و پردازش نرم افزاری تصاویر رقومی، و درکل کم هزینه تر و آسانتر شدن پیاده سازی سیستم های فتوگرامتری، امکان به کارگیری بیش از پیش تکنیک های فتوگرامتری به عنوان جایگزینی برای روش های سنتی جابجایی سنجی در پروژه هایی با مقیاس بزرگ، توجیه های بیشتری یافته است. در این مقاله سعی بر آن است که در قسمت های مختلفی که در این مقاله و چند مقاله آتی ارائه خواهد گردید، روش های جابجایی سنجی، جابجایی سنجی بروش برد کوتاه و روند اجرایی یک پروژه به طور مختصر بیان گردد.

تغییر شکل و روش های تعیین آن

منظور از جابجایی تعیین مقدار و جهت حرکت جزئی نقاط بر روی جسم یا عارضه نسبت به یک سیستم مختصات معین و ثابت (مرجع) است.

از روی همین اصل سه فاکتور اساسی در انتخاب یک روش مناسب برای اندازه گیری جابجایی به قرار زیر است:

• میزان جابجایی
• فرکانس یا میزان نرخ تغییرات
• دقت مورد نیاز

بنابراین شبکه ای که برای تعیین میزان جابجایی طراحی می شود باید دارای قابلیت های زیر باشد:

• شبکه باید دقت مورد نیاز ما را در تعیین مختصات نقاط تعیین نماید.
• شبکه دارای استحکام لازم جهت تکرار پذیری در محاسبات را داشته باشد.
• قابلیت پذیرش انواع مختلفی از داده ها را داشته باشد.
• برای هر نوع اطلاعات از آنالیز و ارزیابی خاصی استفاده نماید.

میزان جابجایی مطلق را با داشتن یک مرجع می توان به دست آورد، که تعیین سیستم مختصات مرجع با توجه به شرایط شبکه و طراحی انتخاب می شوند. از دو تکنیک برای بدست آوردن مرجع استفاده می شود.

• روش های سنتی که شامل دوربین؛ تئودلیت، توتال و …
• روش های فتوگرامتری با دوربین های متریک و شرایط ایده آل

در روش های نقشه برداری امکان دید بین ایستگاه های همسایه باید وجود داشته باشد، اگر فقط قرائت طول را انجام دهیم تکنیک مثلث بندی میزان جابجایی مطلق را در اختیار ما قرار می دهد و اگر قرائت زوایا به آن اضافه شود، می توان موقعیت نقاط را با دقت بیشتری محاسبه نمود و برای تعیین میزان جابجایی از آن استفاده کرد. همانطور که گفته شد روش نقشه برداری سنتی دارای محدودیت هایی در وسایل، امکان دید و پوشش سراسری می باشد، و روش های فتو گرامتری نیز احتیاج به نرم افزار و سخت افزار مخصوص به خود دارند. هریک از این روش ها دارای مزایا و معایبی هستند که در این مقاله سعی بر تشریح اندازه گیری جابجایی به روش فتوگرامتری شده است.

جابجایی مطلق و نسبی

در حقیقت دو نوع جابجایی هندسی در شبکه ها وجود دارد: جابجایی مطلق و جابجایی نسبی.

در جابجایی مطلق یکسری نقاط در خارج از عارضه انتخاب می شود در واقع شبکه با استحکام و دقت زیاد در خارج از عارضه به وجود می آید. این نقاط را به عنوان نقاط ثابت تلقی می گردد و جابجایی نقاط موجود بر روی عارضه نسبت به این نقاط سنجیده می شود. در صورتی که نتوان به نقاط خارج از عارضه از نظر استحکام و ثبات اطمینان لازم را داشت و یا امکان ایجاد یک شبکه خارجی وجود نداشته باشد جابجایی هر نقطه از عارضه نسبت به نقاط دیگر موجود در عارضه سنجیده می شود که به این جابجایی، جابجایی نسبی گویند.

تارگت های تعیین تغییر شکل و تارگت های نقاط کنترل

بردار جابجایی و دقت آن فقط مربوط به میزان جابجایی نمی شود بلکه طراحی شبکه و نحوه انجام مشاهدات خطای موجود در مشاهدات بر روی بردار جابجایی و دقت آن موثر می باشند. عواملی که باید هنگام ارزیابی جابجایی مد نظر داشت عبارتند از:

• پایداری نقاط
• تعیین صحت مشاهدات
• محدوده خطای سیستماتیک
• قابلیت اعتماد به شبکه
• حساسیت شبکه

روش های جابجایی سنجی

امروزه از روش های مختلفی برای جابجایی سنجی استفاده می شود که بسته به نوع پروژه و شرایط آن می تواند متفاوت باشد. در این میان می توان از روش های ژئودتیک، عکسبرداری به روش فتوگرامتری بردکوتاه، استفاده از لیزر اسکن، رادار و مانند آن نام برد.

در روش های ژئودتیک با ایجاد شبکه های میکروژئودزی در اطراف عارضه و برداشت های مختلف در اپک های زمانی قبل و بعد از جابجایی، می­ توان میزان و جهت جابجایی مورد نیاز را اندازه گیری و تعیین نمود.

نمونه ای از یک شبکه ژئودزی برای تعیین جابجایی دیواره های اطراف منطقه گودبرداری شده

با استفاده از لیزر اسکنر می توان از عارضه ابر نقطه تهیه نمود و با انجام این کار در اپکهای مختلف میزان جابجایی جسم را اندازه گیری کرد.

تهیه مدل تونل با استفاده از لیزر اسکنر زمینی برای تعیین جابجایی بدنه تونل

در روش عکسبرداری با استفاده از فتوگرامتری برد کوتاه نیز می توان با دقت های خوبی بسته به شرایط و تجهیزات مورد استفاده جابجایی سنجی نمود، که در قسمت قبل مزایا و کاربردهای این روش ارائه گردید. مراحل کلی کار در این روش به صورت زیر است. در ابتدا می بایست پس از بازدید از منطقه و یا عارضه، شبکه ای با استحکام، دقت و حساسیت مناسب برای عکسبرداری طراحی نمود. پس از آن تارگت گذاری و عکس برداری صورت می گیرد. حال پس از تهیه تصاویر می بایست مشاهدات عکسی استخراج شده و تناظریابی بین نقاط متناظر صورت گیرد. سپس با استفاده از نقاط به دست آمده سرشکنی را انجام داده و در نهایت مختصات سه بعدی نقاط و بردارهای جایجایی تولید می­ گردند.

ثبت تصویر برای جابجایی سنجی تیر T شکل

ضرورت استفاده از روش فتوگرامتری برد کوتاه

همانطور که گفته شد روش های فتوگرامتری برد کوتاه برای کنترل جابجایی مناسب هستند زیرا عکس بدون تماس مستقیم از جسم گرفته می شود و امکان ایجاد یک مدل کامل از سطح شعی وجود دارد. در این روش با داشتن مختصات نقاط به تعداد محدود می توان تعداد بیشماری نقطه بر روی عارضه اندازه گیری کرده و جابجایی نقاط را با تراکم بیشتر بدست آورد و این امر از نظر زمانی بسیار با صرفه تر از روش های نقشه برداری است. در مناطقی که امکان حظور عامل انسانی وجود ندارد (مناطق خطرناک) به راحتی می توان جابجایی عوارض را تحت کنترل داشت (کارخانجات پتروشیمی، ذوب آهن، انرژی اتمی و …). از آن جایی که زمان جمع آوری اطلاعات به صورت آنی (لحظه ای) است می توان جابجایی با فرکانس های بالا را نیز تعیین کرد. زیرا همه نقاط موجود در تصویر بصورت همزمان ثبت می شوند. بنابراین تغییرات ناگهانی و با فرکانس های بالا قابل شناسایی است.

نمونه هایی از کاربردهای فتوگرامتری برد کوتاه در تعیین جابجایی سنجی

البته استفاده از لیزر اسکن به عنوان یک روش فتوگرامتری مقرون به صرفه نمی باشد، زیرا لیزر اسکنرهای موجود در بازار برای کاربردهای کنترل کیفیت که نیاز به دقت های زیر میلیمتر دارند بسیار گران قیمت است که توجیه اقتصادی درستی ندارد. بنابراین می توان از روش های فتوگرامتری برد کوتاه که از نظر هزینه به صرفه می باشد استفاده کرد، البته برای به دست آوردن مقدار دقیق احتیاج به استفاده از امکانات فتوگرامتری با دقت بالا است که این موضوع شامل سخت افزار و نرم افزار های خاص و عامل انسانی آگاه می باشد. بنابراین در پروژه های کوچک استفاده کردن از روش فتوگرامتری برد کوتاه مقرون به صرفه است و در مجموع استفاده از روش های فتوگرامتری برد کوتاه برای تعیین میزان تغییر شکل و کنترل کیفیت، با توجه به مزایای ذکر شده و همچنین توسعه روز افزون این روش در اکثر کشور های پیشرفته دنیا، به عنوان بهترین روش انتخاب گردید.

مهمترین مزیت این سیستم عبارت است از پایین بودن زمان مشاهدات صحرایی و از آن مهم تر نا محدود بودن تعداد نقاط انتخابی برای رفتار سنجی موضوع نسبت به روش ژئودزی است. از مهمترین مزیت های به کارگیری روش فتوگرامتری برد کوتاه نسبت به روش ژئودزی به قرار زیر است:

• مدت زمان کم اخذ داده ها و پردازش سریع
• در ارتباط مستقیم نبودن با شی مورد نظر
• استخراج داده ها با دقت و دانسیته بالا
• قابلیت بالای بکارگیری در جاهایی که خطر پخش مواد مضر وجو دارد
• قابلیت ورود به سیستم های GIS Based ، CAD Based
• امکان استفاده از تصاویر Thermal
• بازسازی سریع در لابراتوار و کم هزینه بودن این روش
• مشکل بودن ایجاد ارتباط بین ایستگاه های ژئودتیکی و ساده بودن و قابلیت انعطاف پذیری بالا در ایستگاه گذاری فتوگرامتری برد کوتاه
• دستیابی به اطلاعات همگن
• اندازه گیری همزمان تمام نقاط شی
• بکارگیری در حالت آنی Real Time
• دستیابی به دقت های بالاتر از ۱:۱۰۰۰۰۰ با توجه به پیشرفتهای اخیر در تولید CCD