Anwendung und Methodik digitaler Photogrammetrie im Arbeitsprozess des Architekten und Bauingenieurs

Abstract

Die Photogrammetrie umfasst Verfahren zur Ableitung geometrischer Größen aus photographischen Aufnahmen. Anhand solcher Aufnahmen eines Objektes können zweidimensionale Bildkoordinaten in räumliche Objektkoordinaten überführt werden, womit Längen und Winkelmaße zwischen beliebigen Punkten abgegriffen, Flächen und Volumina erfasst werden können. Die Photogrammetrie wurde durch Anwendung digitaler Verfahren zur photographischen Aufnahme und Auswertung am Computer zu einem zugänglichen Werkzeug, das sich in den vorherrschenden digitalen Arbeitsprozess in Bauaufnahme, Dokumentation und Planung leicht und kostengünstig integrieren lässt. Die digitale Kamera ist ein weitläufig bekanntes und vertrautes Instrument, das bereits fester Bestandteil in Bauaufnahme, Planung und Dokumentation ist. Dank leistungsfähiger Software lassen sich solche handelsüblichen Kamerasysteme anstelle kostspieliger Messkameras in den meisten Anwendungen der Photogrammetrie einsetzen. Der Fortschritt und die branchenübergreifende Anwendung der Computervision bieten unter dem Begriff -Reality Capture- eine Vielzahl an Lösungen zur Aufnahme, Verarbeitung und Präsentation dreidimensionaler Daten. Dank dieser Entwicklungen erfolgt ein großer Teil der photogrammetrischen Auswertung mittels leistungsfähiger, benutzerfreundlicher Software weitgehend automatisiert und liefert Daten, die der Architekt und Ingenieur in Form etablierter standardisierter Datenformate in vertraute, digitale Arbeitsumgebungen wie CAD- oder BIM- Anwendungen zur weiteren Verarbeitung übernehmen kann. Unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte sowie relativ geringer Anschaffungskosten der notwendigen Hard- und Software gegenüber dem Einsatz von alternativen Technologien wie dem Laserscanning, erläutert diese Arbeit die Erfordernisse und Methoden der Architekturphotogrammetrie anhand aktueller Software und handelsüblicher digitaler Kamerasysteme. Abgehandelt wird das Grundwissen zur Fertigung verwertbarer photographischer Aufnahmen im Rahmen einer günstigen Aufnahmeordnung eines Bildverbandes, Messverfahren zur Definition von Größen und Orientierung und die notwendigen Arbeitsschritte zur Auswertung. Es wird erläutert, unter welchem Aufwand die Photogrammetrie in der Architektur und im Bauingenieurswesen als sinnvolles Instrument in Planung und Dokumentation angewandt und eingesetzt werden kann.

Photogrammetry is the study of methods that derive geometric dimensions from photographic images. Based on images of objects, coordinates of two-dimensional images are transferred into spatial object coordinates. Linear measurements and angels between such spatial points can be derived, and areas as well as volumes can be determined. With the development of digital technologies, such as high-performance computer systems and digital cameras, photogrammetry evolved into an accessible and inexpensive tool. Therefore, it can easily be integrated into prevailing digital workflow of construction, surveys, documentation and the process of creating plans. The digital camera is a widely known and trusted instrument that has already an integral part in these applications. With the assistance of powerful software systems, commercial camera systems can be utilized in most areas of photogrammetry, rather than using expensive metric cameras. Along the advancement and multiple applications across industries, computer vision offers a variety of solutions for surveys, procedures and presentations of three-dimensional data, known as -reality capture-. As a result of this evolution, a large part of photogrammetric analysis is performed with powerful, user-friendly and highly automated software programs. The software provides data to the architect and project manager in form of established and standardized data formats, that enables further processing of familiar digital working environments, such as CAD or BIM applications. This thesis explains the methods and requirements of architectural photogrammetry, using current software programs and commercially available digital cameras. Additionally, it takes into account the lower costs of the required software and hardware systems compared to alternative technologies, such as laser scanning. This thesis provides the basic knowledge of the production of proper image mosaics, methods of mensurating the scale and orientation of digital models, and the sequence of operations of photogrammetric analysis. This study elucidates the efforts necessary to apply digital photogrammetry to areas of operation to the architect and civil engineer.