史經(jīng),曾慶連

(增城市城鄉(xiāng)規(guī)劃測繪院,廣東增城 511300)

全站儀編碼法在建筑物立面測量中的應(yīng)用

史經(jīng)?,曾慶連

(增城市城鄉(xiāng)規(guī)劃測繪院,廣東增城 511300)

全站儀編碼法立面測量，是利用全站儀免棱鏡測距技術(shù)按一定的編碼法則，采集建筑立面特征點(diǎn)三維坐標(biāo)，再由數(shù)據(jù)處理程序，將采集的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為距離和高程組成的二維坐標(biāo)，自動(dòng)直觀地顯示正射投影的立面展點(diǎn)圖，最后經(jīng)要素繪編、尺寸說明標(biāo)注和圖廓整飾等流程，完成立面測量的全過程。這種立面測量方法具有可不接觸、快速、操作簡單和展點(diǎn)直觀等優(yōu)點(diǎn)。

立面測量；編碼測量；豎向投影線；正投影圖

1 引 言

在舊城改造中,為了使臨街建筑與街道的景觀相協(xié)調(diào),需要對現(xiàn)有建筑物的外墻進(jìn)行立面測量,進(jìn)而將原有建筑物的外立面根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行改建和裝飾。臨街建筑物立面造型各異多樣,凹凸面和斜面明顯,不易接觸其特征點(diǎn),加上本次立面測量建筑呈零散分布,如采用傳統(tǒng)的立面測量方法,實(shí)施起來難度較大。采用免棱鏡編碼采點(diǎn),經(jīng)數(shù)據(jù)處理程序自動(dòng)展繪立面圖的方法,將有效克服上述難點(diǎn),這種測量方法具有可不接觸目標(biāo)點(diǎn)、無需設(shè)站,精度高、出錯(cuò)少和全數(shù)字化等特征,對于測量非高層建筑或結(jié)構(gòu)簡單的村鎮(zhèn)建筑立面尤為有效,本文將重點(diǎn)描述免棱鏡全站儀編碼測量的實(shí)現(xiàn)方法。

2 立面測量原理

本文提出的編碼測量是在實(shí)踐中探索出的一種較有效的立面測量方法,其基本原理是利用全站儀的免棱鏡測距技術(shù)結(jié)合懸高測量原理,按一定的編碼法則采集建筑物三維特征點(diǎn)。

在立面測量過程中,如圖1所示,選定建筑物待測面前的開闊處O點(diǎn)架設(shè)全站儀,整平對中后可直接測量,由編碼的前2位數(shù)字測定立面的基點(diǎn)A和方向點(diǎn)B,A點(diǎn)的垂直方向?yàn)樨Q向投影線X。建筑物在平面圖中的突出或凹入部分,在立面圖中表現(xiàn)為一條較長的豎線,我們把它稱為豎向投影線[1]。A點(diǎn)的坐標(biāo)和高程為立面測量的起算點(diǎn),因此基點(diǎn)應(yīng)選擇明顯的墻角與建筑內(nèi)地臺面交叉處,即A點(diǎn)高程與±0.000標(biāo)高一致。通過A點(diǎn)和B點(diǎn)的垂直面為建筑立面的投影面W,因此A、B兩點(diǎn)應(yīng)選擇投影面上,且保持兩點(diǎn)間距盡可能長。

圖1 立面測量示意圖

從圖1看出,B′為B點(diǎn)在內(nèi)地臺面上投影,其測量坐標(biāo)為B′(xb,yb,za),A點(diǎn)坐標(biāo)為A(xa,ya,za),由A、B′兩點(diǎn)建立直線方程(1)。

Ax+By+C=0(1)

假定P點(diǎn)為立面建筑物的某一點(diǎn),直接測量P坐標(biāo)(xi,yi,zi),根據(jù)點(diǎn)到直線上的距離式(2)可得PP′間距。

從兩點(diǎn)間的距離式(3)獲知PA間距。

,用全站儀編碼“±”號判斷P′A在豎向投影線X的位置,左側(cè)為“-”,右側(cè)為“+”。

3 外業(yè)立面測量

3.1 技術(shù)優(yōu)勢

免棱鏡測距技術(shù)可以避免測量人員直接或間接的接觸待測點(diǎn),解決了建筑立面采點(diǎn)難的問題。編碼法測量的坐標(biāo)數(shù)據(jù)最終均需換算成相對于投影線的距離和相對于起算標(biāo)高的懸高數(shù)據(jù),不需要真實(shí)的地面坐標(biāo),因此,架設(shè)全站儀時(shí),整平對中后可直接測量,無需設(shè)站和定向,但是如果遇到一個(gè)立面需要2個(gè)以上測站完成測量時(shí),則需要設(shè)站。

3.2 要素采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)需要測定基點(diǎn)坐標(biāo)(確定豎下投影線、起算標(biāo)高)和方向點(diǎn)坐標(biāo)(確定立面圖坐標(biāo)系、投影面)。測量的建筑物要素主要有屋面凹凸線、玻璃墻、陽臺、女兒墻、門(包括卷閘門、玻璃門、小門等)、窗(包括氣窗)、屋檐雨棚、臺階樓梯、柵欄欄桿、廣告牌、空調(diào)機(jī)位等。

3.3 編碼原則

采用7位編碼,前2位是建筑物的編號(聯(lián)排可以看作整體),超過99棟建筑時(shí),需要另設(shè)文件名；第3位為立面號,一般為1-4面,也存在多邊型建筑展開立面；第4位為“±”號,用來區(qū)分測量點(diǎn)在豎向投影線的位置,左側(cè)為“-”,右側(cè)為“+”；5-6位為某建筑立面的測點(diǎn)序號,測量下一點(diǎn)時(shí),可自動(dòng)累加序號。第7位為基點(diǎn)或方向點(diǎn)的標(biāo)識符,分別用A(或a)、B(或b)表示,其他點(diǎn)可不輸或設(shè)非A(或a)、B(或b)字母。例:222+01A、222+04分別表示第22棟建物第2個(gè)立面上的第1個(gè)測量點(diǎn)(基點(diǎn))和第4個(gè)測量點(diǎn),其中基點(diǎn)位于投影線上。

4 立面圖展繪

4.1 測點(diǎn)處理

由于全站儀測量的三維坐標(biāo)點(diǎn),并非立面圖展繪所需的距離和高程二維點(diǎn),而且通過自由設(shè)站方式獲取的每個(gè)立面測點(diǎn)坐標(biāo)相對獨(dú)立,展繪后會(huì)使點(diǎn)坐標(biāo)密集而重疊。因此,需要程序進(jìn)行三維變二維轉(zhuǎn)換處理,另外程序還對每個(gè)立面的二維、三維點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行分間距設(shè)置,才能直觀地顯示立面正射投影圖。程序?qū)崿F(xiàn)方法有多種,可以通過建立平面方程,計(jì)算點(diǎn)在面上的投影點(diǎn),也可以通過直線方程,計(jì)算點(diǎn)在直線上的投影點(diǎn),本文選用后者,通過VB編程,主要步驟如下:

(1)統(tǒng)計(jì)測量的建筑立面數(shù)量；(2)找出每個(gè)立面的所有測點(diǎn)；(3)測點(diǎn)坐標(biāo)歸零和平移,將所有測點(diǎn)坐標(biāo)減去基點(diǎn)坐標(biāo),使基點(diǎn)三維坐標(biāo)平移至(0,0,0)；

(4)建立圖1的AB′(即Y軸)在xyz坐標(biāo)系中的直線方程；

(5)計(jì)算測點(diǎn)到Y(jié)軸和基點(diǎn)的距離；

(6)計(jì)算測點(diǎn)在新坐標(biāo)系XAY上的坐標(biāo),即測點(diǎn)在投影面上的投影點(diǎn)(如圖1的P″點(diǎn))；

(7)立面間距設(shè)置,每個(gè)立面賦值結(jié)束后,在Y軸方向上增加50 m展點(diǎn)間距。

4.2 繪制立面圖

將建筑物不同的立面投影到鉛直的、與立面平行的投影面而得到的正投影圖,稱為建筑立面圖。它主要反映建筑物在垂直方向的各部分高度、藝術(shù)造型和外部裝飾等特征[2]。本文繪制立面圖方法將處理后的立面特征點(diǎn)展繪到AutoCAD平臺,按照要素樣式進(jìn)行繪圖,在描繪過程中,借助外立面照片是有效的途徑,最后經(jīng)過尺寸說明標(biāo)注和圖例、圖廓整飾等工藝,完成繪制工作。由立面圖各要素尺寸計(jì)算出需要裝飾部分的建筑物外墻面積,匯總各棟建筑所有立面的外墻面積,以滿足委托方預(yù)算和設(shè)計(jì)依據(jù)。立面成果如圖2所示:

圖2 屋面改造工程A10棟外立面設(shè)計(jì)效果圖

5 結(jié) 語

本方法完成了增城市正果鎮(zhèn)增正公路沿線村(池田村、到蔚村)環(huán)境景觀綜合整治項(xiàng)目的130幢建筑外立面測量任務(wù),約1.5 km路段的低層臨街建筑物,測量面積1萬平方米。本方法在實(shí)際操作中,與傳統(tǒng)立面測量相比,具有外業(yè)測量快捷、全數(shù)字化,內(nèi)業(yè)編繪簡單、出錯(cuò)少等優(yōu)勢,克服了立面測量不易到達(dá)、精度低等多種難點(diǎn)。

本文提到了方向點(diǎn)(B點(diǎn)),對于不易到達(dá)的斜立面測量較為方便,只需測量墻面任意點(diǎn)即可,但對于仰角較大的超高層建筑或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物,建議采用三維激光掃描儀法更為有效[3]。

[1] 馮宏偉，羅宏.基于VB的自動(dòng)繪制立面圖程序的設(shè)計(jì)[J].城市勘測，2012(1)：94～97.

[2] 別建曉.建筑物立面測量的研究[J].城市勘測，2011 (3)：141～143.

[3] 謝武強(qiáng)，宋楊，王峰等.三維激光掃描儀在建筑物立面測量中的應(yīng)用[J].城市勘測，2013(1)：12～14.

[4] 闕名前，陳順超.免棱鏡全站儀懸高測量法測定拱圈線形[J].城市勘測，2011(5)：119～122.

[5] 楊曉明，宋瑋，周建業(yè)等.城市測量垂直角觀測誤差研究[J].測繪通報(bào)，2012(4)：22～26.

[6] 江金霞，吳卓珈，陳德標(biāo).廊橋立面測量方法研究[J].北京測繪，2010(4)：43～45.

Total Station Coding M ethod App lication in the Surveying the Vertical Side of Building

Shi Jing,Zeng Qinglian
(Zengcheng City and Rural Planning Surveying and Mapping Institute,Zengcheng 511300,China)

Total station coding method is proposed in this paper is the elevation measurement,measuring without prism according to a certain coding rules by using total station,the 3D coordinates of feature points collection building facade,the data processing program,the 3D coordinates acquisition conversion two-dimensional coordinates for distance and elevation,display the orthographic projection elevation plot automatic visual the elements of drawing,editing,size description tagging and cartouche process,complete thewhole process of elevationmeasurement.The elevationmeasurement has not contact,fast,simple operation,direct point.

survey the vertical side；coded Surveying；vertical projection line；orthographic drawings

1672-8262(2013)06-153-03

P258

B

2013—07—02

史經(jīng)(1979—),男,高級工程師,主要從事城市工程測量和數(shù)據(jù)處理工作。