FOTOGRAMMETRIAN KÄYTTÖ RAKENNUSHANKKEISSA

Transkriptio

1 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS [ ] 1 (12) FOTOGRAMMETRIAN KÄYTTÖ RAKENNUSHANKKEISSA Tässä ohjekortissa käsitellään fotogrammetrian käyttöä ja hyödyntämistä rakennushankkeissa nykytilan dokumentoinnin, suunnittelun ja mallinnuksen tukena sekä kohteiden virtualisoinnissa. Fotogrammetria on valokuvaukseen perustuva menetelmä, jossa valokuvia hyödyntämällä tuotetaan kolmiulotteista mittaus- ja mallinnustietoa kohteista. Menetelmää on perinteisesti hyödynnetty ilmakuvaukseen perustuvissa kartoitus- ja mallinnustöissä. Kauko-ohjattavien ja ilma-alusten (drone, drooni, nelikopteri, kuvauskopteri) ja niihin integroitujen kuvauslaitteiden laajentuneen käytön myötä myös fotogrammetristen menetelmien tunnettuus on lisääntynyt viime vuosina räjähdysmäisesti. Tästä johtuen fotogrammetriaa sovelletaan nykyisin lukuisissa kohteissa ja teknologioiden soveltaminen eri käyttötarkoituksiin myös rakennusalalla on varsin monimuotoista. SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO 2. RAKENTAMISEN SOVELLUKSET 3. VALOKUVAAMINEN JA FOTOGRAMMETRIA 4. MALLINNUS VALOKUVISTA 5. FOTOGRAMMETRISTEN TÖIDEN TILAAMINEN 5a) Menetelmän asettamat vaatimukset 5b) Hankkeen asettamat vaatimukset 5c) Tarjouspyynnön vaatimukset 6. KUVAUKSEN TOTEUTUS 7. PÄTEVYYDET JA OSAAMINEN 8. RAPORTOINTI 9. KÄSITTEET 10.KIRJALLISUUTTA 1. JOHDANTO Tässä ohjekortissa tarjotaan yleistietoa fotogrammetriasta ja sen käyttömahdollisuuksista rakennushankkeissa ja hankkeen eri vaiheissa. Ohjekortti antaa myös tilaajalle perustiedot toteutuksessa huomioitavista asioista ja tarjoaa tukimateriaalin fotogrammetristen mittaus- ja mallinnustöiden tilaamiseen suunnittelu- /rakennushankkeen yhteydessä. Tässä ohjeessa keskitytään rajattujen aluemaisten kohteiden (maa- ja pohjarakentaminen) ja rakennusten ulkopintojen (vesikatot, julkisivut jne) lähinnä drone-kuvausten ja näiden perusteella tehtävien fotogrammetristen mittausten ja mallinnusten hankintaan sekä näiden hankinnassa huomioon otettaviin seikkoihin. Rakentamisen lähtötietoja, hankkeen edistymistä ja rakentamisen laatua voidaan arvioida ja mallintaa useilla eri menetelmillä. Yleisesti rakennushankkeissa käytettäviä mittausmenetelmiä ovat mm. laseretäisyysmittaus, takymetrimittaus, laserkeilaus ja fotogrammetriset (kuvapohjaiset) menetelmät. Tässä kortissa keskitytään digitaalisiin fotogrammetrisiin menetelmiin ja sen sovellutuksiin rakennushankkeen aikana. Fotogrammetria perinteinen mittausopin osa-alue ja tarkoittaa kolmiulotteisten mittausten tekemistä kohteesta otetuista valokuvista. Nykyiset fotogrammetriset järjestelmät ovat täysin digitaalisia ja ohjelmistot yhdistävät perinteisen fotogrammetrian ja konenäön käytäntöjä, hyödyntävät nykytietokoneiden valtavaa laskentatehoa ja näiden avulla tuottavat lukuisista toisiaan peittävistä digitaalisista valokuvista yhä yksityiskohtaisempia 3Dmalleja, visualisointeja ja muuta mittaustietoa. ARK ja IF /5/marraskuuta 2018/Rakennustieto Oy

2 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 2 Fotogrammetria usein esitetään vaihtoehtoisena mittausmenetelmänä laserkeilaukselle, mutta esimerkiksi rakennushankkeissa ne eivät useinkaan ole toisiaan poissulkevia, vaan pikemmin toisiaan tukevia mittaus- ja mallinnusmenetelmiä. Molemmilla on omat sovellutuskohteensa eri hankevaiheissa sekä edut ja haitat verrattuna toiseen menetelmään. Verrattuna laserkeilaukseen, fotogrammetristen mittaus- ja mallinnustöiden tekemisessä on huomattavasti matalampi aloituskynnys muun muassa työhön vaadittavan laitteiston ja laskentaohjelmistojen osalta. Tämä on johtanut väistämättä siihen, että palveluita on laajasti tarjolla ja niiden taso on melko kirjavaa. On siis erityisesti muistettava, että molempien mittausmenetelmien käyttö halutun lopputuloksen aikaansaamisessa vaatii asiantuntijaosaamista ja ymmärrystä käytettävien teknologioiden eduista, haitoista ja käytön mahdollisista haasteista tai esteistä tiettyyn käyttötarkoitukseen. Fotogrammetria voidaan jakaa kahteen alalajiin, ilmakuvaukseen ja lähifotogrammetriaan. Ilmakuvauksella usein tarkoitetaan ilmasta etukäteen suunnitelluilta lentolinjoilta tehtävää valokuvausta, jossa valokuvat otetaan säännöllisin kuvanottovälein ja suunnitelmallisella kuvien välisellä pituus- ja sivupeitolla kattaen halutun kohdealueen. Kuvat perinteisessä ilmakuvauksessa otetaan nadiiriasentoon (pystyasentoon) asennetulla kameralla. Suurin osa nykyisin käytettävistä kartoista on tuotettu ilmakuvauksella miehitetystä lentokoneesta ja hyödyntäen fotogrammetrisia kartoitus- ja mallinnusmenetelmiä. Ilmakuvausaineistoista tuotetaan 2D-karttojen lisäksi fotogrammetrisin menetelmin digitaalisia 2.5D- tai 3D-malleja, kuten maanpinnalla olevia näkyviä kohteita kuvaavia pintamalleja (Digital Surface Model, DSM), maanpintaa kuvaavia korkeusmalleja (Digital Elevation Model, DEM tai Digital Terrain Model, DTM) tai pistepilviä (point cloud) tai teksturoituja kolmioverkkomalleja (textured 3D mesh). Lähifotogrammetriassa valokuvaus toteutetaan usein satunnaisemmassa valokuvausjärjestyksessä ja siinä pyritään valokuvaamaan mitattavaksi tarkoitettu kohde ja sen yksityiskohdat mahdollisimman kattavasti useilla toisiaan peittävillä kuvilla. Kuvia otetaan lopputuotteena toteutettavan mallin eheyden takia mahdollisimman monesta suunnasta, jotta kohteen pienetkin katveet tulevat katettua, ja usein myös eri etäisyyksiltä kohteesta ja eri katselukulmilla. Lähifotogrammetrian menetelmiä hyödynnetään yleensä lähinnä kolmioverkkomallien, pistepilvien sekä virtuaaliympäristöjen tuottamiseen. Lähifotogrammetrian sovellutuksissa käytetään yleensä kädessä pidettävää tai kolmijalalle asetettua digitaalista kameraa kohteiden valokuvaamiseen halutusti. Lähifotogrammetriaa käytetään esimerkiksi monimutkaisten arkkitehtonisten yksityiskohtien ja rakenteiden mallintamiseen ja dokumentointiin. Lähifotogrammetria soveltuu myös sisätilojen kattavaan dokumentointiin ja rakennusten julkisivujen mallintamiseen ja mittaamiseen. Lähifotogrammetrisia menetelmiä käytetään myös esimerkiksi sisätiloista otettujen valokuva-aineistojen keskinäisen orientoinnin ja näiden suhteellisen sijainnin määrittämisessä. Muita rakennusalan ulkopuolisia käyttökohteita: onnettomuuspaikkojen dokumentointi näyttämölavasteiden ja ihmishahmojen mallintaminen kohteiden mallinnus elokuva- ja pelimaailmoihin historiallisten kohteiden dokumentointi kiinteistöjen myyntiesittelyt teollisuuden sovellukset, esimerkiksi fyysisten objektien takaisinmallinnus (reverse engineering) virtuaalimatkailu 3d-tuote-esittelyt Fotogrammetrian alalajien välinen raja rakennusmallinnuksessa tai aluemaisten suunnittelu- ja rakennuskohteiden mallintamisessa on nykyisin varsin hämärtynyt. Esimerkiksi nykyiset

3 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 3 dronekuvausjärjestelmät ja niiden kuvaus- ja autopilottiohjelmistot mahdollistavat sellaisten lentosuunnitelmien tekemisen, joissa yhdistetään molempia valokuvausperiaatteita saman lentosuunnitelmaan. Yleisesti käytössä olevat laskentaohjelmistot myös kykenevät laskemaan näillä tavoin tuotettujen kuva-aineistojen väliset orientoinnit ja tuottamaan mallinnuksia kuva-aineistoista, oli se sitten tuotettu hyödyntäen perinteisen ilmakuvauksen tai lähifotogrammetrian periaatteita, tai näiden yhdistelmällä. 2. RAKENTAMISEN SOVELLUKSET Fotogrammetrian yleisin sovelluskohde rakentamisessa on aluemaisten kohteiden kartoitus sekä maanpinnan ja muiden näkyvien muotojen mallintaminen. Lisäksi fotogrammetriaa käytetään yhä enenevissä määrin kohteen lähtötilanteen visualisoinnissa ja mitattavan lähtötiedon tuottamisessa suunnittelua varten. Menetelmiä käytetään nykyisin myös hankkeen toteumatiedon keruussa ja hallinnassa, sekä hankkeen aikana muuttuvan ympäristön dokumentoinnissa. Mittausmenetelmänä fotogrammetriaa on hyödynnetty esimerkiksi rakennusmallinnushankkeissa vesikattojen, julkisivujen ja muiden rakennuksen ulkopuolisten kohteiden mallinnuksessa ja täydentämään esimerkiksi laserkeilaukseen perustuvaa mallintamista. Fotogrammetriaa hyödynnetään laajalti etenkin maanrakennushankkeissa, mutta myös rakennusten korjaus- ja perusparannushankkeissa ja yleiseen kiinteistöomaisuuden digitalisointiin liittyen. Kuten laserkeilauksessa, fotogrammetrisin keinoin tuotettu ja kohteen pinnanmuotoja kuvaava RGB - värjätty pistepilvi tai teksturoitu kolmioverkkomalli itsessään ovat myös lopputuotteita, jotka auttavat hankkeen osapuolia kohteen hahmottamisessa ja mitoituksissa. Myös fotogrammetrisin keinoin tuotettuja pistepilviä ja kolmioverkkomalleja voidaan useissa ohjelmistoissa hyödyntää yhdessä rakennusmallien kanssa, tai sellaisenaan, kohteen visuaaliseen tarkasteluun sekä kohteen geometrian ja piirteiden tulkintaan, analysointiin ja tarkempaan mittaamiseen. 3. VALOKUVAAMINEN JA FOTOGRAMMETRIA Valokuvaamiseen voidaan lähtökohtaisesti käyttää mitä tahansa kameraa, mutta parhaaseen tulokseen pääsee suurikennoisella digitaalisella järjestelmäkameralla, jossa on valovoimainen ja laadukas optiikka sekä mekaaninen suljin. Nykyisten fotogrammetristen laskentaohjelmistojen algoritmien toimivuuden kannalta on tärkeää, että valokuvia on riittävästi ja kuvien välillä on riittävästi keskinäistä kuvapeittoa, usein luokkaa 60-80% sekä sivu- että pituus-/korkeussuunnassa. Kuvia on myös hyvä ottaa eri kuvaussuunnista ja eri etäisyydellä kohteesta (etenkin rakennusmallinnuksessa). Aluemaisten kohteiden mallinnuksessa kuvaus yleensä suoritetaan kuvausjonoittain järjestelmällisesti. Kuvien tulee olla myös teräviä, selkeäkontrastisia ja valaistuksen kuvilla tulee olla mahdollisimman tasainen. Kameran asetuksissa tulisi määrittää mahdollisimman pieni kuvatiedoston pakkaussuhde. Osa fotogrammetriaohjelmistoista voi hyödyntää pakkaamattomia RAW-formaatin kuvia. Tällöin sensorin havaitsema informaatio tallennetaan kuvatiedostoon mahdollisimman alkuperäisessä muodossa ja häiriöttömänä. Kuvalle tallentuva kohina ja suttuisuus, varjot ja ylivalottuminen aiheuttavat laskentaan ja 3D-malliin epäjatkuvuuskohtia, reikiä tai merkittävästi virheellisiä muotoja. Fotogrammetrian on sanottu perustuvan osittain tieteeseen ja osittain taiteeseen, joten 3D mallinnukseen soveltuva valokuvaus vaatii myös jonkinlaista taiteellista silmää ja osaamista. Yleisiä ohjeita 3D-mallinnusta varten suoritettavaan valokuvaamiseen ei ole, mutta nyrkkisääntönä on varmempi ottaa enemmän kuvia kuin kuvittelee tarvitsevansa. Näin menettelemällä voi kuvauksen jälkeen ja jälkiprosessoinnin yhteydessä optimoida mallinnusta ja valita työhön parhaiten soveltuvat valokuvat. Kohde tulee kuvata joka suunnasta ja yksityiskohtiin kannattaa kiinnittää erityistä huomiota. Rakennuksen julkisivuja kuvattaessa, rakennuksen kunkin nurkan yli siirtyminen vaatii suunnittelua ja harjoitusta, jotta kuvien riittävä päällekkäisyys säilyy ja kuvien välisiä yhteisiä pisteitä voidaan löytää kuvilta riittävästi.

4 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 4 Kameraa ei tule kuvauksen aikana zoomata, jotta polttoväli ja kuvan skaala pysyvät vakioina koko kuvausjakson ajan. 3D-mallinnusohjelmat tyypillisesti pystyvät lukemaan kameran sisäiset parametrit kamerakalibraatiota varten suoraan valokuvien EXIF-tiedostosta (mikäli kamera osaa tuottaa metadatan valokuviin). Tällöin 3D mallinnusohjelma saa lähtötiedot suoraan tiedostoista, ja voi siirtyä liitospisteiden ja kalibrointien laskentaan ja näillä tuottaa kameran ulkoiset parametrit fotogrammetrista orientointia varten. Fotogrammetrisessa 3D-mallinnuksessa käytetään nykyisin lähes poikkeuksetta SfM ( Structure from Motion ) tai Multi-view Stereo Reconstruction menetelmiä. Molemmat menetelmät ovat mittojen ja mallin tuottamista lukuisista toisiaan peittävistä kalibroiduista kuvista. Perinteisessä esim. ilmakuvaukseen perustuvassa kartoituksessa käytettävä stereofotogrammetria -- orientoitujen kuvaparien hyödyntämiseen perustuva stereomittaaminen -- soveltuu parhaiten kohteiden kartoituksiin ja kohteiden välisten mittojen määrittämiseen. Rakennusten mallinnuksessa käytetään lähes aina edellä mainittuja SfM tai Multi-view Stereo - tyyppistä lukuisiin kuviin perustuvaa fotogrammetriaa ja rekonstruktiomenetelmiä. Se on käytännössä ainoa sovellettava vaihtoehto, koska kattavaan rakennuksen pintojen mallinnukseen luonnollisesti tarvitaan kattava määrä kuvia joka puolelta rakennusta ja eri katselusuunnista ja kuvauslogiikka saattaa olla hyvinkin kaukana perinteisestä fotogrammetrisesta kartoituksesta. 4. MALLINNUS VALOKUVISTA Kuvien / kameran kalibroinnilla tarkoitetaan kameran sisäisten ja ulkoisten parametrien määrittämistä. Tämä on mallintamisen ja fotogrammetrisen laskennan ensimmäinen vaihe, kun kuvista halutaan tehdä tarkkoja mittauksia tai fotogrammetrisia malleja. Fotogrammetrisissa laskennoissa perusperiaatteena on pyrkimys informaation tunnistamiseen kaksiulotteisesta kuvatasosta ja sen siirtäminen ja esittäminen kolmiulotteisessa kohdekoordinaatistossa. Fotogrammetristen mallien tuottamisessa ensiarvoisen tärkeää on onnistunut kuvien ja kameran kalibrointi. Kameran kalibrointi koostuu kameran sisäisen ja ulkoisen orientoinnin parametreista. Ulkoisen orientoinnin parametrit X, Y, Z kuvaavat kuvan projektiokeskuksen sijaintia kohdekoordinaatistossa ja omega, phi, kappa ovat kulmia suhteessa kohdekoordinaatiston akseleihin. Sisäisen orientoinnin parametreja on kolme; pääpisteen koordinaatit ja pääpisteen etäisyys projektiokeskuksesta (~polttoväli). Kameran kalibrointi voidaan määrittää, kun vähintään kahdesta kuvasta löytyy vähintään kolme yhteistä pistettä. Kalibroinnilla pyritään lieventämään linssin vääristymästä ja ilmakehän vaikutuksesta tapahtuvan valon taittumisen aiheuttamaa häiriötä, joka aiheuttaa lievää vääristymää kohteen, kuvan projektiokeskuksen ja kuvapisteen välillä. Onneksi tämän korkeampi matematiikka on otettu huomioon ja pureskeltu valmiiksi ja integroitu kiinteäksi, ja usein melko piilotetuksi osaksi fotogrammetrisia laskenta- ja mallinnusohjelmistoja. Fotogrammetrisia 3D-mallinnusohjelmia ja pilvipalveluna tarjottavia 2D-kuvista 3D-malliksi - ratkaisuja on nykyisin tarjolla erittäin runsaasti ja tarjoavat usein lähes täysin automatisoituja työnkulkuja. Käyttäjien mahdollisuus vaikuttaa lopputulokseen vaihtelee merkittävästi ohjelmistoittain ja palveluittain. Varsinainen laskenta on usein automaattinen prosessi, mutta voi olla jaksotettu manuaalisesti käynnistettäviin välivaiheisiin, joiden yhteydessä käyttäjä tekee laadunvarmistusta. Aineistojen tarkempi georeferointi (sitominen projektikoordinaatistoon) ja muu jatkokäsittely, kuten pistepilven, mesh- tai pintamallien editointi ja suodatus vaativat toistaiseksi paljon manuaalista työtä. Manuaalisilla vaiheilla on edelleen merkittävä vaikutus lopputuotteen laatuun ja käytettävyyteen. Useissa ohjelmistoissa mallinnusprosessi on seuraavanlainen: Valokuvien syöttäminen ohjelmaan Valokuvatiedostojen metadatan lukeminen (esim. polttoväli ja muut kameratiedot, laitteen GNSS-vastaanottimesta ja ilmanpaineanturista saatu, usein karkea, sijainti ja korkeus kuvanottohetkellä)

5 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 5 Kuvien välisten yhteisten piirteiden / liitospisteiden etsintä (harva pistepilvi) Liitospisteiden sovitus kuvien välille Käytettävän laskennallisen kameramallin optimointi Kuvien kalibrointi ja keskinäinen orientointi Georeferointi (sitominen projektikoordinaatistoon) Pistepilven tihennys Fotorealistisen teksturoidun 3D mesh mallin tuottaminen Pintamallien ja muiden rastereiden tuottaminen (mm. DSM Digital Surface Model, ortokuva) 5. FOTOGRAMMETRISTEN TÖIDEN TILAAMINEN Fotogrammetristen mittausten ja mallinnusten hankintaan on hyvä varautua jo hankesuunnitteluvaiheessa, jotta mittausten tilaamiseen ja toteutukseen jää riittävästi aikaa ennen myöhempien vaiheiden aloittamista. Mahdollisuuksien mukaan kohteen fotogrammetrisen mallinnuksen toteutus, tilaajalle toimitettavat lopputuotteet sekä mittausten kattavuus, yksityiskohtaisuus ja laatutaso määritellään yhdessä kohteen suunnittelijoiden kanssa. Hankkeeseen ryhtyvä muodostaa yleensä projektin johdon ja kilpailuttaa urakkamuodosta riippuen eri tehtäviin tekijät. Hankkeeseen ryhtyvä tilaa mittauksen ja aineistot saatuaan suorittaa korvauksen palveluntarjoajalle sopimuksen mukaan. Fotogrammetriseen mittaushankkeeseen ryhtyessä tulee tunnistaa mittaukseen liittyviä tarpeita tilaajan, pääsuunnittelijan, arkkitehdin ja muiden suunnittelijoiden näkökulmasta, kohde ja hankkeen luonne huomioiden. Näitä voivat olla esimerkiksi: maanrakennuksen massanvaihdot vesikattojen ja sen rakenteiden mallintaminen tai muut maalaserkeilauksen kannalta vaikeasti saavutettavat kohteet fotogrammetristen menetelmien ja laserkeilausmittausten yhdistäminen mallinnuksessa julkisivupiirrosten tuottaminen rakentamisen säännöllinen dokumentointi laadunvarmistus arvokohteessa restauroitavat ornamentit ja näiden fotogrammetrinen dokumentointi 5a) Menetelmän asettamat vaatimukset Fotogrammetrisella 3D-mallinnuksella voidaan luoda näyttäviä ja tarkkoja 3D malleja tosimaailman kohteista. Tietokoneiden laskentatehon kasvusta, fotogrammetristen algoritmien kehityksestä ja mallinnusohjelmistojen parantumisesta huolimatta, mittatarkan 3D-mallin luominen valokuvista ei ole edelleenkään ongelmatonta. Lopputulokseen vaikuttavat toki käytettävä teknologia ja menetelmät, mutta myös merkittävästi kohteen ominaisuudet ja vallitsevat olosuhteet. Mikäli kuvaamista ei ole suoritettu riittävän kattavasti, onnistuneilla valotusajoilla ja kamera-asetuksilla tai kuvattu kohde sisältää algoritmeille vaikeita materiaaleja tai pintoja, voi lopputuloksena tuotettu malli olla kehno tai jopa käyttökelvoton. Fotogrammetrisille laskennoille haastavia kohteita ovat muun muassa:

6 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 6 läpinäkyvät, heijastavat ja kiiltävät pinnat huonosti tai epätasaisesti valaistut kohteet erityisen tasaiset tai tekstuurittomat pinnat, kuten sileät yksiväriset seinät puutteellinen kuvien välinen peitto ja piiloon jäävät kohteet valaistuksen muuttuminen kuvauksen aikana tai valokuville tallentuneet liikkuvat kohteet huono kuvien radiometrinen tai geometrinen laatu Vaikeasti fotogrammetrisesti mallintuvia kohteita ovat myös säännöllisinä, usean kuvan yli jatkuvat toistuvat kuviot. Tällaisten kohteiden mallinnusta voidaan helpottaa lisäämällä kuvattavaan kohteeseen tai sen ympärille tunnistamista helpottavia kohteita (kuten paperille tulostettuja kuvioita), signaaleja tai muuta tekstuuria helpottamaan algoritmien toimintaa liitospisteiden hakemiseen. Täysin automatisoitu kuvien sisäinen ja keskinäinen kalibrointi sekä piirteiden analysointi tuottaa usein jollain tavoin vääristyneitä tai puutteellisia malleja, ja näitä on tyypillisesti jälkikäsittelyssä muokattava. Fotogrammetristen mittausten ja mallinnusten lopulliseen tarkkuuteen vaikuttavat monet seikat, joista tärkempinä kameran polttoväli, optiikan laatu ja piirtovirheet, kuvakennon herkkyys ja fyysinen koko ja tyyppi, valovoima, tarkennus, kuvausolosuhteet ja kuvattavan kohteen lukuisat ominaisuudet. Kaikkien näiden vaikutusta lopputulokseen ei tämän ohjeen puitteissa kuvata, eikä näitä tilaamisessa ole järkevää edes yrittää määrittää. Tärkeintä on huomioida näiden mahdolliset vaikutukset ja varmistaa, että työn toteuttajalta löytyy riittävä osaaminen onnistuneen lopputuloksen toteuttamiseksi. 5b) Hankkeen asettamat vaatimukset Fotogrammetristen mallinnusten hankinnassa on ensin määritettävä työn ja lopputuotteiden käyttötarkoitus sekä arvioida fotogrammetrisen mallinnuksen tai mittaamisen soveltuminen käyttötarkoitukseen. Tämän lisäksi on määritettävä, tarvitaanko muita menetelmiä halutun lopputuloksen aikaansaamiseksi. Fotogrammetrisia malleja voidaan tuottaa joko vapaavalintaiseen mallin omaan koordinaatistoon (visualisointikäyttö, määrälaskenta, mitoitusten luonnostelu) tai sidottuna rakennushankkeen koordinaatistoon (tarkempi mallinnustarve, yhdistäminen laserkeilauksiin tai muu suunnittelu) tai maantieteelliseen koordinaatistoon. Mikäli toteutettavilta mittauksilta haetaan toistettavuutta tai vertailtavuutta, tulee aineistot tuottaa yhteen selkeästi määriteltyyn projektikoordinaatistoon ja mittausperustaan, jota käytetään koko hankkeen ajan suunnittelussa ja toteutuksessa. Mittausperustan määrittämisestä hankkeelle on kerrottu tarkemmin rakennuksen laserkeilausta käsittelevässä RT kortissa. Mallinnuksen mittausperustan, käytettävän koordinaatiston ja halutun mittatarkkuuden lisäksi on sovittava mallinnuksen yksityiskohtaisuudesta. Tyypillisesti yksityiskohtaisuutta voidaan arvioida esimerkiksi kuvapikselin maastoresoluutiolla (Ground sampling distance, GSD), joka fotogrammetrisissa mallinnuksissa on tyypillisesti luokkaa: n. 3-5cm pikselikoko maarakennuskohteissa n. 1cm pikselikoko rakennuksen pinnoilla jopa mm-luokan resoluutio yksityiskohtien mallinnuksessa Fotogrammetrisen mallin tai muun lopputuotteen sijainti- tai mittatarkkuutta arvioidaan usein suhteessa kuvapikselikokoon. Lopputuotteille voidaan antaa myös vaatimus suurimmasta sallitusta virheestä tietyllä luottamustasolla. Sallitulla virheellä tarkoitetaan tässä 95% luottamuustasoa, eli sitä, että 95% satunnaisten koemittausten poikkeamista yksiselitteisillä kohteilla alittaa vaaditun arvon.

7 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 7 Tilaamisessa tulee kiinnittää huomiota myös lopputuotteiden toimitusformaattiin. Toimitusformaatin tulisi olla ohjelmistoriippumaton, jotta varmistetaan aineistojen käytettävyys jatkossa eri suunnittelu- tai mallinnusohjelmistoissa. Tyypillisiä toimitusformaatteja dronekuvauksista fotogrammetrisesti tuotettaville lopputuotteille ovat: Ortokuva: GeoTIFF tai georeferoidut JPG, PNG Pintamallit: GeoTIFF (.tif), ASCII Grid (.asc) Pistepilvi:.las,.laz,.e57,.obj,.ply,.pts 3D Mesh:.obj, Collada,.dae,.ply,.fbx,.kmz,.pdf (3D) Korkeuskäyrät:.shp,.dxf,.kml Lisäksi palveluntarjoajaa voidaan pyytää toimittamaan alkuperäiset kuvat ja kuvien orientointitiedot ascii muotoisena Kerätyt aineistot luovutetaan tilaajalle sähköisessä muodossa. Alkuperäisestä kuvadatasta voidaan pyytää luovuttamaan tilaajalle kopio jatkohyödyntämistä varten esim. pilvipalvelun kautta tai siirtolevyllä. 5c) Tarjouspyynnön vaatimukset Toimittajilta pyydetään tarjoukseen selvitys seuraavista tiedoista: Lentotoiminnan edellytykset Lento-operaation kuvaus ja lentotyösuunnitelma Kohteen asettamat erityisvaatimukset ilmailulle Miehittämättömän lentotyön turvallisuus Valokuvaamiseen liittyvä henkilö- ja yksityisyydensuoja Selvitys käytettävästä kuvausjärjestelmästä Selvitys kamerasta ja kalibroinnista Arvio kuvaustyön kestosta ja kenttätyömäärästä Arvio kokonaisaikataulusta Suunnitelma käytettävästä koordinaatistosta ja referenssipisteistöstä Työssä käytettävät ohjelmistot Lopputuotteet ja laadunvalvonta Mahdolliset rajoitukset ja poikkeamat tarjouspyynnöstä Hankkeeseen osallistuvan yrityksen tai henkilöstön pätevyys ja referenssit Mistä sovittava: Ilmailun ja lentotoiminnan vastuut ja järjestäminen Aineistojen aiottu käyttötarkoitus Toimitettavat lopputuotteet Lopputuotteiden mitta- ja koordinaattitarkkuus ja yksityiskohtaisuus Aineistojen kattavuus Mittauksissa käytettävä koordinaatisto Runko-/referenssipisteistön sijoittaminen Kohteessa tehtävien töiden aikataulu Jälkikäsittelytöiden ja toimituksen aikataulu

8 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 8 Lopputuotteet ja toimitusformaatit Mittausraportin sisältö Aineistojen arkistointi 6. KUVAUKSEN TOTEUTUS Kuvaussuunnitelma: Ennen kuvaamisen toteutusta tehdään kuvaussuunnitelma. Suunnitelmassa esitetään vähintään tavoitteet lopputulokselle, otetaan kantaa kohteen erityisominaisuuksiin, kuten kohteessa kulkemiseen, työturvallisuuteen ja kohteen olosuhteisiin ja ilmailun erityisvaatimuksiin kohteessa. Suunnitelmassa esitetään alustava referenssipisteiden sijoittelu- ja mittaussuunnitelma, lentosuunnitelma ja mahdolliset täydentävät maakuvaukset, käytettävä koordinaatisto ja runkopisteistö, annetaan mittauksen toteutusaikataulu ja määritetään työn dokumentoinnista. Lopputuloksen tavoitteissa otetaan kantaa esimerkiksi tarkkuusvaatimuksiin, koordinaatistoon, toimitusformaattiin ja lopputuotteisiin. Erityisominaisuuksien osalta on tärkeää, että ne on huomioitu työn suorituksessa ja aikataulutuksessa ja niihin osataan varautua. Lentosuunnitelma voidaan tehdä kaksi- tai kolmiulotteisesti ja pyritään etukäteen jo varmistamaan, että alue ja sen kohteet tulee mitattua kattavasti ja aikataulussa. Mittausperusta Määritetään mittausperusta ja hankkeessa käytettävä koordinaatisto ja korkeusjärjestelmä. Varmistetaan referenssipisteiden kattavuus kuville ja hankkeelle asetettujen tarkkuusvaatimusten mukaisesti. Kohteessa voidaan käyttää referenssipisteinä kuvilta erottuvia tarratähyksiä, maalattuja signaaleja, muita tähysmerkkejä tai liikuteltavia tähyksiä, joiden sijainti tunnetaan. Visualisointia ja karkean koordinaattitarkkuuden malleja tuottaessa ei ole välttämätöntä tehdä erillistä mittausperustaa. Mittausperustan määrittelystä on kerrottu laajemmin Rakennuksen Laserkeilaus RT ohjekortissa. Kuvaustyön aloitus Ennen kuvausten alkua tarkistetaan kuvaukselle vaadittujen olosuhteiden täyttyminen (valaistus, tuuli, lentoesteet jne) ja perustetaan työn suoritukselle raportointilomake. Tehdään tarvittavat ilmailumääräysten mukaiset tarkistukset ja ilmoitukset lennonjohtoon. Lomakkeelle kirjataan ainakin kuvaukseen osallistuvan henkilön / henkilöiden tiedot, kuvausajankohta, kohde-, olosuhde- ja kalustotiedot. Kuvauslaitteet Tarkistetaan kauko-ohjattavan ilma-aluksen ja kameran asetukset ja asetetaan vastaamaan suunnitelmaa. Suunnitelma Varmistetaan suunnitelman ajantasaisuus ja otetaan huomioon mahdolliset aiemmin ilmenneet tarkennukset ja erityisvaatimukset. Tähystys ja turvallisuus Kuvaus tapahtuu valitusta sijainnista, josta mahdollisimman kattava näkyvyys kaluston koko suunnitellulle lentoreitille, ja varata mahdollisuus siirtyä näkyvyyden mukaan turvallisesti lennon edetessä. Työn aikana tulee

9 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 9 kiinnittää huomiota kuvauslaitteen sijaintiin ja läheisiin kohteisiin, muuhun ilmailutoimintaan, mahdollisiin lentoesteisiin, muuhun kohteessa tapahtuvaan liikenteeseen tai muuhun toimintaan. Kuvaus tehdään lentosuunnitelmaa seuraten. Jatkokäsittely ja laadunvarmistus Kuvauksen jälkeen tarkistetaan kattavuus joko siihen soveltuvalla ohjelmistolla (esim. kalustoon kytkettävän mobiililaitteen sovelluksella tai vastaavalla) alustavasti. Tämän jälkeen pakataan laitteistot ja siirrytään rauhallisempaan paikkaan tekemään jatkokäsittelyä. Ladataan ja varmuuskopioidaan kuvat, ja tuodaan jatkokäsittelyä varten soveltuvaan ohjelmistoon. Ohjelmistolla tarkistetaan lopullisesti aineiston kattavuus ja kuvien onnistuminen. Useat ohjelmistot tarjoavat nopeita työkaluja kuvauksen onnistumisen arviointiin, esim. laskemalla kuvien välille nopean ja kevennetyn kalibrointiratkaisun. Tuloksesta saadaan kokonaiskuva kuvien onnistumisesta ja yhteensovituksesta sekä arvio tulevan mallin kattavuudesta. Näiden avulla voidaan arvioida lopputuotteille asetettujen vaatimusten täyttymistä. Mittaussuunnitelman sisältö: Käytettävät laitteistot ja menetelmät Ilmailutoiminnan suunnitelma Kuvaussuunnitelma Tavoiteltu tarkkuustaso ja yksityiskohtaisuus Koordinaatiston määrittely Runko- ja referenssipisteistön sijoittelu ja mittaaminen Mittausten suunniteltu etenemisjärjestys Kuvaus ja suoritusajankohdat / -kellonajat Ennakolta haasteellisiksi arvioitavat kohteet Kohteen muun käytön ja muiden käyttäjien huomioiminen Kohteessa kulkeminen (avaimet, kulkuluvat, saattaja) Työturvallisuus Tiedottaminen ja muutokset 7. PÄTEVYYDET JA OSAAMINEN Fotogrammetrisen mallinnuksen luotettava lopputulos edellyttää työn toteuttajalta riittävää kokemusta vastaavista hankeympäristöistä ja -olosuhteista, fotogrammetristen menetelmien teoreettisen taustan tuntemista, käytettävien ohjelmistojen tuntemusta ja suunnittelijoiden vaatimusten ymmärtämistä sekä käytettävän laitteiston ja ohjelmistojen taitavaa hallintaa. Miehittämättömällä ilma-aluksella toteutettavan ilmakuvauksen suorittajalta on vaadittava osaaminen turvalliseen ilmailuun, tiedot yksityisyydensuojan kulloinkin voimassa olevasta sääntelystä ja käytännöistä, sekä osaaminen fotogrammetristen kuvausten suorittamiseen. Aineistojen prosessoinnin ammattitaitovaatimuksena on maanmittauksen tai rakennustekniikan asiantuntemus fotogrammetrian ja kuvapohjaisen mallintamisen osalta.

10 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 10 Pätevyys voidaan osoittaa soveltuvalla maanmittausalan tutkinnolla tai soveltuvilla projektireferensseillä. Lisäksi olisi hyvä osoittaa tuntemus fotogrammetrisista mittausmenetelmistä joko projektireferenssien kautta tai erityisesti fotogrammetriaan painottuvalla koulutustaustalla. Kauko-ohjatulla ilma-aluksella toteutettavien kuvausten suorittamisessa tulee aina noudattaa kulloinkin voimassa olevaa Trafin määräystä OPS M RAPORTOINTI Toteutuksesta laaditaan aina raportti, jossa selostetaan kuvaus- ja mallinnustyön lähtötilanne, selvitys kuvauksessa käytetyistä laitteista ja niiden kalibroinnista. Tämän lisäksi raportoidaan työn suorittaja(t), käsittelyyn käytetyt ohjelmistot, työn suorittamisen ajankohta ja olosuhteet, työn eteneminen ja tulokset sekä virheraportit ja kuvaus laadunvarmistuksesta. Työkertomuksen checklist: Käytetty koordinaatisto Mittausperustan mittaus ja siinä käytetyt menetelmät Työhön osallistuneet henkilöt ja tehtävät Kuvauksen toteutusaikataulu Kuvauksen laajuus ja kattavuus, kuvamäärät Fotogrammetrisen mallinnuksen prosessit ja käytetyt ohjelmistot Lopputuotteiden yksityiskohtaisuus Eri lopputuotteiden tarkkuus ja virherajat Mallinnuksen laadunvarmistus Aineistojen toimitus Aineistojen varmuuskopiointi 9. KÄSITTEET Drone, drooni, nelikopteri. Miehittämätön ja kauko-ohjattava ilma-alus, pienoiskopteri. Usein varustettu kameralla ja paikannuslaitteistolla. Kalibrointi. Fotogrammetriassa kalibroinnilla tarkoitetaan kuvien ja kameran sisäisten ja ulkoisten parametrien määrittämistä. Georeferointi. mallin tai mitta-aineistojen sitominen tunnettuun koordinaatistoon Mittausperusta on runkopisteiden muodostama kokonaisuus, joka määrittää mittapisteiden suhteen valittuun koordinaatistoon. Referenssipisteistö / tukipisteistö. Kuvien georeferointiin tarkoitettu, kuvilta yksiselitteisesti havaittavissa oleva pisteistö, jonka sijainnit projektikoordinaatistossa tunnetaan RGB (Red-Green-Blue). numeerinen arvo värille Georeferointi mallin tai muun kohteen aineiston sitominen maantieteelliseen koordinaatistoon

11 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS - 11 Pistepilvi. Fotogrammetrisen mallinnuksen tuotteena syntyvä kolmiulotteinen xyz-koordinaattien joukko, joilla usein on myös RGB-väriarvo. Pistepilvi kuvaa kohteen geometriaa ja visuaalisesti muistuttaa pilveä. Mesh-malli. Teksturoitu kolmioverkkomalli, joka kuvaa kohteen geometriaa ja visuaalista ulkoasua Ortokuva on karttaprojektioon oikaistu mittatarkka ilmakuva, josta on poistettu kohteen pinnanmuotojen aiheuttamat piirtovirheet Maanpinnan korkeusmalli (DEM, Digital Elevation model) on maanpinnan muotojen numeerinen esitys, joka sisältää pinnanmuotoja kuvaavan korkeuspisteiden joukon. Korkeusmalli usein tasavälisenä hilana (Raster tai Grid) tai epäsäännöllisenä kolmioverkkona (TIN). Pintamalli (DSM, Digital Surface Model) kuvaa maaston ylimmälle korkeustasolle asetettua pintaa. Pintamalli sisältää maanpinnan korkeuksia ainoastaan avomaalla, mutta muilla alueilla pinta noudattaa esimerkiksi metsän latvustoa ja rakennusten kattoja. 10. KIRJALLISUUTTA Fotogrammetrian historiaa Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen seuran ohjeita (kartoitukset) TRAFI ohjeisto: Wiki Kuvaaminen Pix4d manual Agisoft Photoscan manual Fotogrammetria softia

12 RTS 18:36 OHJE-EHDOTUS metry_software.html BIM mallinnus pdf Autodeskin näkemys fotogrammetrisen mallinnuksen käytöstä rakennusteollisuudessa Yleistietoa tarkkuuksista