全站仪编码法在建筑物立面测量中的应用

史经,曾庆连

(增城市城乡规划测绘院,广东增城 511300)

全站仪编码法在建筑物立面测量中的应用

史经∗,曾庆连

(增城市城乡规划测绘院,广东增城 511300)

全站仪编码法立面测量，是利用全站仪免棱镜测距技术按一定的编码法则，采集建筑立面特征点三维坐标，再由数据处理程序，将采集的三维坐标转换为距离和高程组成的二维坐标，自动直观地显示正射投影的立面展点图，最后经要素绘编、尺寸说明标注和图廓整饰等流程，完成立面测量的全过程。这种立面测量方法具有可不接触、快速、操作简单和展点直观等优点。

立面测量；编码测量；竖向投影线；正投影图

1 引 言

在旧城改造中,为了使临街建筑与街道的景观相协调,需要对现有建筑物的外墙进行立面测量,进而将原有建筑物的外立面根据设计需要进行改建和装饰。临街建筑物立面造型各异多样,凹凸面和斜面明显,不易接触其特征点,加上本次立面测量建筑呈零散分布,如采用传统的立面测量方法,实施起来难度较大。采用免棱镜编码采点,经数据处理程序自动展绘立面图的方法,将有效克服上述难点,这种测量方法具有可不接触目标点、无需设站,精度高、出错少和全数字化等特征,对于测量非高层建筑或结构简单的村镇建筑立面尤为有效,本文将重点描述免棱镜全站仪编码测量的实现方法。

2 立面测量原理

本文提出的编码测量是在实践中探索出的一种较有效的立面测量方法,其基本原理是利用全站仪的免棱镜测距技术结合悬高测量原理,按一定的编码法则采集建筑物三维特征点。

在立面测量过程中,如图1所示,选定建筑物待测面前的开阔处O点架设全站仪,整平对中后可直接测量,由编码的前2位数字测定立面的基点A和方向点B,A点的垂直方向为竖向投影线X。建筑物在平面图中的突出或凹入部分,在立面图中表现为一条较长的竖线,我们把它称为竖向投影线[1]。A点的坐标和高程为立面测量的起算点,因此基点应选择明显的墙角与建筑内地台面交叉处,即A点高程与±0.000标高一致。通过A点和B点的垂直面为建筑立面的投影面W,因此A、B两点应选择投影面上,且保持两点间距尽可能长。

图1 立面测量示意图

从图1看出,B′为B点在内地台面上投影,其测量坐标为B′(xb,yb,za),A点坐标为A(xa,ya,za),由A、B′两点建立直线方程(1)。

Ax+By+C=0(1)

假定P点为立面建筑物的某一点,直接测量P坐标(xi,yi,zi),根据点到直线上的距离式(2)可得PP′间距。

从两点间的距离式(3)获知PA间距。

,用全站仪编码“±”号判断P′A在竖向投影线X的位置,左侧为“-”,右侧为“+”。

3 外业立面测量

3.1 技术优势

免棱镜测距技术可以避免测量人员直接或间接的接触待测点,解决了建筑立面采点难的问题。编码法测量的坐标数据最终均需换算成相对于投影线的距离和相对于起算标高的悬高数据,不需要真实的地面坐标,因此,架设全站仪时,整平对中后可直接测量,无需设站和定向,但是如果遇到一个立面需要2个以上测站完成测量时,则需要设站。

3.2 要素采集

外业数据采集时需要测定基点坐标(确定竖下投影线、起算标高)和方向点坐标(确定立面图坐标系、投影面)。测量的建筑物要素主要有屋面凹凸线、玻璃墙、阳台、女儿墙、门(包括卷闸门、玻璃门、小门等)、窗(包括气窗)、屋檐雨棚、台阶楼梯、栅栏栏杆、广告牌、空调机位等。

3.3 编码原则

采用7位编码,前2位是建筑物的编号(联排可以看作整体),超过99栋建筑时,需要另设文件名；第3位为立面号,一般为1-4面,也存在多边型建筑展开立面；第4位为“±”号,用来区分测量点在竖向投影线的位置,左侧为“-”,右侧为“+”；5-6位为某建筑立面的测点序号,测量下一点时,可自动累加序号。第7位为基点或方向点的标识符,分别用A(或a)、B(或b)表示,其他点可不输或设非A(或a)、B(或b)字母。例:222+01A、222+04分别表示第22栋建物第2个立面上的第1个测量点(基点)和第4个测量点,其中基点位于投影线上。

4 立面图展绘

4.1 测点处理

由于全站仪测量的三维坐标点,并非立面图展绘所需的距离和高程二维点,而且通过自由设站方式获取的每个立面测点坐标相对独立,展绘后会使点坐标密集而重叠。因此,需要程序进行三维变二维转换处理,另外程序还对每个立面的二维、三维点坐标进行分间距设置,才能直观地显示立面正射投影图。程序实现方法有多种,可以通过建立平面方程,计算点在面上的投影点,也可以通过直线方程,计算点在直线上的投影点,本文选用后者,通过VB编程,主要步骤如下:

(1)统计测量的建筑立面数量；(2)找出每个立面的所有测点；(3)测点坐标归零和平移,将所有测点坐标减去基点坐标,使基点三维坐标平移至(0,0,0)；

(4)建立图1的AB′(即Y轴)在xyz坐标系中的直线方程；

(5)计算测点到Y轴和基点的距离；

(6)计算测点在新坐标系XAY上的坐标,即测点在投影面上的投影点(如图1的P″点)；

(7)立面间距设置,每个立面赋值结束后,在Y轴方向上增加50 m展点间距。

4.2 绘制立面图

将建筑物不同的立面投影到铅直的、与立面平行的投影面而得到的正投影图,称为建筑立面图。它主要反映建筑物在垂直方向的各部分高度、艺术造型和外部装饰等特征[2]。本文绘制立面图方法将处理后的立面特征点展绘到AutoCAD平台,按照要素样式进行绘图,在描绘过程中,借助外立面照片是有效的途径,最后经过尺寸说明标注和图例、图廓整饰等工艺,完成绘制工作。由立面图各要素尺寸计算出需要装饰部分的建筑物外墙面积,汇总各栋建筑所有立面的外墙面积,以满足委托方预算和设计依据。立面成果如图2所示:

图2 屋面改造工程A10栋外立面设计效果图

5 结 语

本方法完成了增城市正果镇增正公路沿线村(池田村、到蔚村)环境景观综合整治项目的130幢建筑外立面测量任务,约1.5 km路段的低层临街建筑物,测量面积1万平方米。本方法在实际操作中,与传统立面测量相比,具有外业测量快捷、全数字化,内业编绘简单、出错少等优势,克服了立面测量不易到达、精度低等多种难点。

本文提到了方向点(B点),对于不易到达的斜立面测量较为方便,只需测量墙面任意点即可,但对于仰角较大的超高层建筑或结构复杂的建筑物,建议采用三维激光扫描仪法更为有效[3]。

[1] 冯宏伟，罗宏.基于VB的自动绘制立面图程序的设计[J].城市勘测，2012(1)：94～97.

[2] 别建晓.建筑物立面测量的研究[J].城市勘测，2011 (3)：141～143.

[3] 谢武强，宋杨，王峰等.三维激光扫描仪在建筑物立面测量中的应用[J].城市勘测，2013(1)：12～14.

[4] 阙名前，陈顺超.免棱镜全站仪悬高测量法测定拱圈线形[J].城市勘测，2011(5)：119～122.

[5] 杨晓明，宋玮，周建业等.城市测量垂直角观测误差研究[J].测绘通报，2012(4)：22～26.

[6] 江金霞，吴卓珈，陈德标.廊桥立面测量方法研究[J].北京测绘，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

史经(1979—),男,高级工程师,主要从事城市工程测量和数据处理工作。