張為成，潘筱野，王 楊，彭 博，李亞茹

(1.黑龍江工程學院 測繪工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.吉林省地理信息院，吉林 長春 130062；3.丹東市水利勘測設計研究院，遼寧 丹東 118001)

全站儀免棱鏡方法測繪建筑物立面圖

張為成1，潘筱野2，王 楊3，彭 博1，李亞茹1

(1.黑龍江工程學院 測繪工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.吉林省地理信息院，吉林 長春 130062；3.丹東市水利勘測設計研究院，遼寧 丹東 118001)

測繪項目中經(jīng)常需要對建筑物的立面進行測繪，并繪制立面圖。但常用的成圖軟件大多是對地物地貌進行水平投影，無法直接用于立面圖的繪制。通過研究建筑物的立面圖與平面圖之間的數(shù)據(jù)關系，結合具體的工程案例，采用全站儀和CASS軟件對建筑物的立面進行測量和繪制，并給出具體項目實施流程和注意事項。

建筑物；立面；測繪；實施流程

建筑物立面是市容環(huán)境的重要表象，而市容環(huán)境又是城市形象和品質的綜合體現(xiàn)，是城市現(xiàn)代化和文明程度的重要標志。搞好市容環(huán)境整治，關系到城市的競爭力，關系到經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展，關系到人民群眾的根本利益。最近幾年，許多城市都扎實地組織實施了建筑立面整治行動。立面整治首先要測繪出建筑物的立面圖，立面圖是市容環(huán)境改造和建筑物改( 擴) 建工程設計和施工的依據(jù)。目前，測量建筑物立面圖的主要技術方法是三維激光掃描測量技術，它突破了傳統(tǒng)的單點測量方式，具有速度快、非接觸、高密度、自動化等特點，可以在復雜的環(huán)境中進行使用。通過三維激光掃描可以直接將建筑物立面上的實景三維數(shù)據(jù)完整地采集到電腦中，然后進行三維實體建模，同時，將采集的三維激光點云數(shù)據(jù)進行后處理。此種方法雖然好，但是三維激光掃描儀價格昂貴，后處理軟件操作也需要專門的培訓，故對于大多數(shù)測量人員來說掌握三維激光掃描技術和處理方法還很困難。

1 建筑物立面圖與平面圖之間的數(shù)據(jù)關系

在與建筑物立面平行的投影面上所作建筑物的正投影圖，稱為建筑物立面圖，簡稱立面圖。按投影原理，立面圖上應將立面上所有看得見的細部(如門窗、陽臺、屋面等)都表示出來，并且真實地反應出這些細部的形狀和位置。平面圖則是將地面上建筑物的平面位置、形狀按一定比例尺、用規(guī)定的符號縮繪在圖紙上，并注有代表性的高程點的圖。如圖1所示，地面點1～8所構成的平面與點9～16構成的平面平行，兩平面的間距為z,點1～8所構成的平面與平面坐標系XOY重合,點1～8為點9～16的投影點，因此

(1)

從圖1可以看出,1、2、5、6四點在同一直線上，根據(jù)點1和點6的平面坐標可以計算出直線16的坐標方位角α，所以點1、6、14、9構成的平面與ZOY平面所構成的二面角為90°-α。

繪制點1、6、14和9所構成的立面圖時，根據(jù)定義可知，需要作此立面的正投影圖，顯而易見投影后繪制的立面圖為二維圖，二維圖與各點X方向的坐標值無關，只與Y和Z方向的坐標值有關。在計算立面圖坐標時，以點1為基點(此坐標不動)，所有點的坐標將分兩種情況：

圖1 三維建筑物

1)所要計算的點在點1、6、14和9所構成的平面內，此時

(2)

2)所要計算的點不在點1、6、14和9所構成的平面內，此時

(3)

2 立面圖測繪的實施流程

以哈爾濱市某公寓樓為例敘述立面圖測繪流程。某公寓樓樓高40層，2013年6月受業(yè)主委托，對公寓進行了立面圖測量。由于三維激光掃描儀價格昂貴，故采用全站儀免棱鏡的方法對該建筑物的立面進行了測繪。

2.1 測量前精度分析

根據(jù)項目成本等各方面因素，決定本項目測量中使用徠卡TCR-402全站儀，該儀器的測角精度為±2″，測距精度2 mm+2 ppm·D。直接通過全站儀進行空間三維坐標的采集。為了滿足精度，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集之前，通過誤差傳播率對該方法進行了精度分析。

全站儀測定空間點的三維坐標計算公式為

(4)

式中:x0,y0,z0為測站點坐標，V為垂直角，α為坐標方位角。因同一測站上儀器高對所有點的影響相同，故mi=0。根據(jù)誤差傳播定律得

(5)

(6)

在采集數(shù)據(jù)時，垂直角最大為45°，最大視距不超過200 m，又因為m0=±2″，ms=2 mm+2 ppm·D，所以平面點位中誤差和高程中誤差最大值為

mp=±6.64 mm,mzp=±4.76 mm.

本工程項目要求平面精度和高程精度均為±3 cm，由此可見，用該方法完全可以滿足數(shù)據(jù)采集所需的精度要求。

2.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸

考慮到整個大樓的相對關系以及立面圖的測量,本次測量在測區(qū)內共布設5個圖根控制點,通過邊長和角度的采集，建立了閉合導線控制網(wǎng)，假定1號圖根點的坐標為(2000，2000，200)，以北方向為參考方向，建立了統(tǒng)一的測量坐標系。采集數(shù)據(jù)時，采用無棱鏡模式，直接對博士樓立面的特征點(如門窗的角點)進行采集，并繪制相應的草圖。在采集數(shù)據(jù)的過程中，對每一個相應立面建立一個坐標文件。通過LGO軟件把全站儀野外采集數(shù)據(jù)傳入到計算機中。

2.3 數(shù)據(jù)處理

傳入到計算機中的數(shù)據(jù)是“.dat”格式的坐標文件，打開坐標文件找到立面圖的左下角點坐標和右下角點坐標，根據(jù)兩點坐標計算二者之間的坐標方位角α。然后通過自編程序對采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理，編制程序的原理如式(3)所示。這樣計算之后的坐標即為立面圖的三維坐標。然后通過CASS軟件“坐標轉換”命令，將X方向值與Z方向值互換位置，這時得到的新數(shù)據(jù)即為生成立面圖所需的最終數(shù)據(jù)。

2.4 展點成圖

把最終的數(shù)據(jù)展點到CASS軟件中，根據(jù)草圖，對相應的位置進行編輯，最終得到該建筑物的立面圖，如圖2所示。

圖2 某公寓樓正立面

3 項目實施中注意的事項

1)立面圖數(shù)據(jù)的生成與立面圖左下角點和右下角點坐標有直接的關系，因此，在測量時，一般左下角點和右下角點都采集三次，最終以三次坐標的平均值為該點的最終值。

2)立面圖一般比較復雜，測量前最好用數(shù)碼相機對建筑物進行拍照，然后打印成圖，作為外業(yè)數(shù)據(jù)采集時草圖的底圖來使用。

3)應用全站儀采集立面圖數(shù)據(jù)時，測量精度與垂直角和視距有關，測量之前為了達到要求，必須做測量前的精度分析。

4 結束語

本文著重闡述了建筑物的立面圖與平面圖之間的數(shù)據(jù)關系，立面圖測繪的實施流程以及實施中的注意事項。在具體實施過程中，采用的儀器和使用的繪圖軟件不同，其數(shù)據(jù)格式也會不同，但是只要掌握了立面圖與平面圖之間的數(shù)據(jù)關系，通過自編程序，都可以實現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)轉換，最終繪制出所需的立面圖，以達到立面圖測繪項目的順利完成。

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[責任編輯：郝麗英]

Buildingelevationsurveyingbasedonnon-prismtotalstation

ZHANG Wei-cheng1,PAN Xiao-ye2,WANG Yang3,PENG Bo1,LI Yaru1

(1.College of Surveying and Mapping,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China；2.Jilin Institute of Geomatics,Changchun 130062,China；3.Dandong Surveying and Design Institute of Water Resources，Dandong 118001，China)

In many of the surveying and mapping project,it often needs to measure the vertical side of building and draw out the vertical side map. But the common mapping softwares are mostly the horizontal projection of the geomorphological features,which cannot be directly used for mapping vertical side of building. By studying the structure of the data relation between vertical map and plan map and combining with specific engineering cases,it uses the total station and CASS software for the measuring,and gives the specific project implementation process and the attentions needed.

building;vertical side;measuring;implementation process

2014-05-02

黑龍江工程學院青年科學基金項目(2012QJ04)

張為成(1980-)，男，講師，博士研究生，研究方向：測繪工程.

TU198；TU198+.6

A

1671-4679(2014)05-0008-03