Primena Structure From Motion tehnike za inženjerskogeološko kartiranje podzemnih prostorija

Abstract

Početkom 2020. godine za potrebe rekonstrukcije i adaptacije tunela izvršena su inženjerskogeološka istraživanja koja su obuhvatila detaljno inženjerskogeološko rekognosciranje i kartiranje glavnog tunelskog hodnika i svih podzemnih prostorija kao i geofizičko profiliranje. Rad prikazuje mogućnost primene tehnike generisanja modela objekta na osnovu snimaka dobijenih kamerom pri kretanju oko objekta (engl. Structure from motion - SfM) za 3D rekonstrukciju jedne podzemne prostorije tunela „Čajkino brdo“ u Vrnjačkoj Banji za potrebe inženjerskogeološkog kartiranja i parametrizacije. SfM predstavlja fotogrametrijsku tehniku određivanja 3D strukture objekta, pozicija i orijentacija kamere iz sekvenci dve ili više dvodimenzionalnih slika istog objekta, ali iz različitih položaja kamere (pasivnog senzora). Za razliku od klasične fotogrametrije gde je neophodno poznavanje spoljašnjih i unutrašnih parametara snimaka, SfM proces 3D rekonstrukcije okruženja je prilično automatizovan i lakši jer je najčešće samo potrebno napraviti dovoljan broj fotografija sačinjenih istim senzorom sa različitih položaja. Snimanje se odvija u vidljivom delu spektra i princip 3D rekonstrukcije okruženja je analogan ljudskom vidu, koji na sličan način formira 3D sliku. Primena SfM tehnike u podzemnim prostorijama je kompleksna usled izostanka prirodnog osvetljenja, nemogućnosti GPS pozicioniranja senzora i ograničenog prostora, koji su ključni za njihovu uspešnu primenu i kvalitetne rezultate 3D rekonstrukcije. Dodatni problem predstavljaju senke, koje mogu otežati kvalitetno automatsko povezivanje snimaka, a koje se formiraju primenom veštačkih izvora osvetljavanja da bi se formirao snimak u vidljivom delu spektra. Kod fotogrametrijske rekonstrukcije modela objekta bitno je i da površina objekta bude matirana, tj. bez sjajnih reflektujućih površina kakve su najčešće površine stena u tunelima. Tokom istraživanja izvršeno je ogledno fotogrametrijsko snimanje odabrane prostorije i obrada dobijenih snimaka primenom SfM tehnike. Snimanje je izvršeno korišćenjem mobilnog telefona Huawei P10 Pro i Xiaomi Mija 360° sferne kamere. Snimanje mobilnim telefonom je vršeno „iz ruke“ i sa „visine očiju posmatrača“ tako da se ostvari najveći mogući preklop između snimaka. Snimanje sfernom kamerom je izvršeno uz pomoć stativa, postavljanjem sferne kamere u pravilnom mrežnom rasporedu na tri različite visine. Na osnovu snimaka dobijenih na ovaj način, primenom SfM tehnike generisana su dva različita 3D oblaka tačaka koja su upoređena i na osnovu kojih je izvršeno inženjerskogeološko kartiranje podzemne prostorije. 3D oblak tačaka je procesiran, uključujući urazmeravanje, orijentaciju, odnosno rotiranje prostorije u realan položaj i uklanjanje suvišnih tačaka. Na ovaj način, a nakon procesiranja, izvršeno je inženjerskogeološko kartiranje zidova i svoda podzemne prostorije, odnosno određivanje indeksa hrapavosti stenske mase, definisanje strukturnog sklopa tj. utvrđivanje karakterističnih familija pukotina (manuelno i automatski), izradu karakterističnih profila svetlog otvora i analizu njihove stabilnosti uz kritički osvrt.