В современной промышленности технологии цифровизации и создания цифровых двойников производственных активов становятся конкурентным преимуществом. Однако внедрение таких решений часто связано со значительными инвестициями в оборудование и программное обеспечение. Специалисты Объединенной металлургической компании (ОМК) доказали, что эффективные решения могут быть доступными. Эта история рассказывает о том, как метод фотограмметрии, изначально опробованный "на энтузиазме", превратился в полноценный производственный инструмент, способный конкурировать с дорогостоящим лазерным сканированием.

Истоки: от теоретического интереса к практическому применению

Первое знакомство с технологией

Интерес к фотограмметрии на предприятии возник в 2013-2015 годах, когда специалисты отдела цифровизации ознакомились с зарубежным опытом создания высокополигональных 3D-моделей для визуализации и реверс-инжиниринга. Особенное впечатление произвела статья в авторитетном онлайн-журнале Render.ru, детально описывавшая процесс создания точной 3D-модели кроссовка в профессиональной фотостудии. Несмотря на впечатляющие результаты, технология тогда казалась излишне сложной и дорогой для промышленного применения, требующей специального оборудования (калиброванные камеры, системы освещения, поворотные столы) и лицензионного ПО. К тому же, на тот момент в компании отсутствовала необходимость реализации подобных задач.

Технологический прорыв в кармане

Переломный момент наступил с широким распространением смартфонов с продвинутыми камерами и появлением специализированных приложений для 3D-сканирования, таких как Sony 3D Creator. Это демонстрировало, что базовые принципы фотограмметрии могут быть успешно реализованы с использованием массовой потребительской электроники. Гипотеза о возможности использования доступных устройств для решения инженерных задач требовала практической проверки.

Первый блин, который не вышел комом

Возможность для испытания метода представилась, когда потребовалось изготовить на 3D-принтере распорку для уже смонтированной вытяжки. Традиционные методы обмера были неприменимы в связи с тем, что данный объект находился в эксплуатации и снять некоторые ракурсы не представлялось возможным.

• Процесс съемки: Объект был сфотографирован со множества ракурсов с использованием смартфона. Было сделано около 100 снимков, обеспечивающих перекрытие не менее 60-70%.

• Обработка: Снимки были обработаны в пробной версии специализированного ПО для фотограмметрии.

• Результат: Созданная 3D-модель позволила напечатать деталь, которая соответствовала реальным размерам с точностью до ±1 мм.

Этот успех доказал, что фотограмметрия может обеспечивать точность, достаточную для решения определенного класса инженерных задач. 

Следующим логичным шагом стало испытание отработанного метода на более крупном объекте. В декабре 2021 года была проведена съемка рабочего кабинета площадью около 20 м², в котором планировался ремонт.

• Организация процесса: Съемка помещения заняла около 20 минут. Специалисты экспериментировали с количеством снимков, ракурсами и настройками камеры.

• Результат: Полученное облако точек было импортировано в САПР для дальнейшей работы с ним и успешно использовано для планирования расстановки мебели и оборудования.

Метод был официально признан "условно рабочим" и занял место резервной технологии на случай недоступности основного сканера.

Кризис как возможность: Вынужденная индустриализация технологии

Вызов: Остановка ключевого процесса

В 2022 году после выхода из строя имеющегося лазерного сканера и невозможности его оперативно отремонтировать (перспектива остаться без технологии минимум на 6 месяцев была неприемлема) специалисты компании в срочном порядке формализовали накопленный опыт.

Формирование производственной методологии

Была разработана и утверждена первая внутренняя методика проведения фотограмметрической съемки:

1. Форматы данных: использовать формат RAW для сохранения максимального количества данных и гибкости при постобработке.

2. Системное перекрытие кадров: каждый последующий кадр должен перекрывать предыдущий минимум на 30% для надежного сопоставления.

3. Замкнутый контур съемки: траектория движения оператора должна образовывать петлю, возвращаясь к начальной точке.

4. Многопериодность: по каждому объекту необходимо выполнять несколько независимых проходов на разной высоте и расстоянии от объекта для увеличения плотности и точности облака точек.

5. Контроль качества на месте: визуальная проверка серий снимков сразу после съемки для исключения "белых пятен".

Первый крупный успех и признание

Первый же промышленный объект, отснятый по новой методике, потребовал больших трудозатрат (для реализации задачи специалистам пришлось трижды выезжать на место съемки), но показал результаты, превзошедшие ожидания. Качество полученного облака точек, его точность, детализация и цветопередача не только не уступали данным, получаемых с лазерного сканера, но в некоторых аспектах (например, в передаче цвета и текстуры поверхностей) - превосходили их.

Анализ погрешностей и работа с масштабом

С ростом объемов работ и размеров объектов была выявлена важная закономерность: погрешность разработанного метода фотограмметрии не превышает 5 см на участке 30×30 метров. Это позволило формализовать подход к крупным объектам: их стали разбивать на стандартные "квадраты" с нахлестом, которые после независимой обработки объединялись в единое сводное облако.

Эволюция и интеграция: Постоянное совершенствование

Оптимизация: от фото к видео

Не останавливаясь на достигнутом, специалисты ОМК приняли решение сразу улучшать/упрощать процессы. Для радикального сокращения времени полевых работ был инициирован проект по переходу на видеосъемку с последующей раскадровкой.

Первая камера для видеосъемки, которую опробовали, была почти сразу забракована из-за нежелательного эффекта "рыбий глаз" (облака точек получались с искажением) и недостаточной стабилизации получаемого видео.

Следующая камера, на которой и остановили свой выбор для дальнейшей работы с линейным режимом и стабилизацией, полностью соответствовала требованиям.

Были подобраны следующие настройки камеры:

• Линейный режим 4k,

• 30 кадров в секунду,

• включённая стабилизация.

• Настройки раскадровки разнятся в зависимости от продолжительности и интенсивности прохода (насколько резко движется камера), значение находится в диапазоне 2-5 кадров на секунду видео.

Для ускорения процесса обработки, автоматического выравнивания и точного масштабирования облаков точек была внедрена система специальных меток. Эти метки, имеющие четкий геометрический рисунок, расклеиваются на объекте до начала съемки и служат опорными точками для ПО.

В результате применения данного оборудования и указанных настроек время съемки среднего объекта сократилось с 60-90 минут до 5-10 минут.

Взгляд с высоты: Интеграция квадрокоптеров

Специалисты ОМК решили не останавливаться на достигнутом и ими была успешно опробована аэрофотосъемка, по итогу которой был проведён анализ такого подхода.

• Преимущества:

• Съемка обширных территорий и высотных объектов.

• Доступ к труднодоступным и опасным зонам.

• Автоматическое получение геопривязанных данных (GPS).

• Вызовы:

• Сильная зависимость от погодных условий (ветер, осадки).

• Ограничения по времени полета из-за емкости АКБ.

Итоги, выводы и взгляд в будущее

На сегодняшний день фотограмметрия стала неотъемлемой частью технологического процесса на предприятиях ОМК.

• Для объектов малого и среднего размера она является полноценной альтернативой лазерному сканированию.

• В рамках крупных проектов - это эффективный инструмент для оперативного мониторинга, создания предварительных моделей и решения задач, где абсолютная миллиметровая точность не является критичной.

Помимо уже освоенных навыков у сотрудников ОМК уже есть понимание в каком ключе можно развивать и улучшать представленную методику и подходы к выполнению фотограмметрии, чем они уже успешно занимаются.

Заключение

Опыт АО «ОМК» наглядно демонстрирует, что цифровая трансформация - это не всегда вопрос больших бюджетов на зарубежное оборудование. Гораздо важнее оказываются культура инноваций, готовность сотрудников экспериментировать и способность организации извлекать возможности из кризисных ситуаций. Фотограмметрия на предприятии прошла путь от "игрушки для энтузиастов" до серьезного производственного инструмента, и это путешествие еще далеко от завершения.

Опыт ОМК показывает: эффективная работа с фотограмметрией и облаками точек — это не только вопрос оборудования, но и методики, правильно подобранного программного обеспечения и понимания задач.

Если вы планируете внедрять фотограмметрию, хотите начать работать с облаками точек или подобрать оптимальный программный комплекс под ваши проекты — мы готовы помочь.

Специалисты ГК ИНФАРС:

• проконсультируют по технологиям съемки и обработке данных,

• помогут выбрать программное обеспечение под конкретные задачи (проектирование, реконструкция, мониторинг, создание цифровых моделей),

• подскажут, как встроить работу с облаками точек в существующую BIM/САПР-среду,

• оценят целесообразность фотограмметрии или лазерного сканирования в вашем случае.

Обсудим вашу задачу и подберем решение, которое действительно будет работать в ваших условиях.

Заказать консультацию эксперта