基于数码技术的施工侧面面积计算实验研究

冯建龙

(吉林省吉林轻工业设计院有限公司，吉林 吉林　132013)



基于数码技术的施工侧面面积计算实验研究

冯建龙*

(吉林省吉林轻工业设计院有限公司，吉林 吉林132013)

摘要：基于对工程计算量较大的施工建筑侧面面积计算方法的革新，采用了新型的数码技术与传统的钢尺量距和免棱镜全站仪坐标测量方法比较，结合数码技术的施工侧面面积计算实验研究与数据精度对比分析，得到了数码技术在一定条件下可以取代钢尺量距和免棱镜全站仪坐标测量方法用于工程计算量较大的施工建筑侧面面积计算，为工程计算量较大的施工侧面面积计算进一步提供经济、有效的方法。

关键词：建筑物侧面面积；数码技术；像片纠正；精度分析

1引言

目前，建筑物施工侧面面积的测量方法，主要采用钢尺量距，全站仪法、手持激光测距仪、激光扫描仪法。随着摄影测量技术的发展，特别是数码技术的发展，为该技术在建筑物施工侧面面积测量中应用提供了可能。为此本文阐述了数码技术进行建筑物施工侧面面积测量的实验方案，并与采用钢尺量距和免棱镜全站仪坐标测量方法进行比较，结果表明：该方法是可行的。

2传统方法的测量面积

采用钢尺量距与全站仪悬高测量的方法。

钢尺量距：用30 m钢尺对设计的目标建筑物侧面的底边线，窗体、门的外围进行测量，用钢尺量距时应注意以下事项：

(1)钢尺量距时，所拉的钢尺要沿着建筑物侧面的底边线进行测量，不应偏离底边线。

(2)普通钢尺量距的精度用相对误差来评定，其相对误差为：

(1)

(3)根据房屋测量规范，在测量房屋边长时，往往出现被测量长度大于钢尺测量范围，这就需要分段测量边长，房屋分段边长之和与总边长之差△L不超过：

(2)

式中：n为房屋的边长分段数，Li为分段测量边长i=1，2，3，……n。

全站仪悬高测量：所谓悬高测量是指测定空中某点至特定某个面(一般为地平面)的高度。首先把全站仪安置于适当位置，并选定悬高测量模式后，把反射棱镜设立在预测高度的目标点C的天底B(即过目标点C的铅垂线与地面的交点)处，输入反射棱镜高v；然后照准反射棱镜进行测量；再转动望远镜照准目标点C，便能实时显示出目标点C至地面的高度H。

H=h+v=Scosα1tanα2-Ssinα1+v

(3)

式中：S为全站仪至反射棱镜的斜距；α1和α2分别为仪器至反射棱镜和目标点的竖直角。

根据钢尺量距所测得长度与全站仪悬高测量的高度，先用表格计算目标建筑物侧面的总面积，然后计算建筑物侧面中包括的窗体和门的面积，并将窗体和门的面积扣除，得到建筑物侧面的面积。

3数码技术测量面积

采用数码技术进行建筑物施工侧面面积测量主要包括数码摄影、CASS图像纠正和CASS成图几部分，其中数码摄影是关键。

3.1数码摄影

为了考察不同摄影角度对面积的影响，采用尼康L20和富士S1770两种数码相机进行的对比试验，计了如下摄影方案：

方案一：相同距离，不同角度的拍摄，在建筑物中垂线位置处和据中垂线左右各偏10°、20°、30°位置处进行拍摄。

方案二：相同角度，不同距离的拍摄，在建筑物中垂线方向上，据拍摄目标的距离分别为 25 m、 35 m、 45 m、 55 m、 65 m处拍摄。

方案三：同一位置，不同相机进行拍摄，采用两种数码相机在相同的位置进行拍摄同一目标。

方案四：同一建筑物侧面，不同天气进行拍摄。在晴天和阴天进行对同一目标的拍摄。

3.2CASS软件图像纠正和面积计算

由于原数据是数码相片，所以对图像进行纠正的第一步就是插入数码相片。插入数码相片的方法是点击CASS的菜单[工具]→[光栅图像]→[插入图像]，弹出对话框———图像管理器。点击[附着]，出现[选择图像文件]的对话框。按照路径选择要处理的数码相片。在出现的[图像]对话框中，可以按指定西南点的坐标，特别注意的是屏幕X坐标为光栅图像西南点的Y坐标，屏幕Y坐标为光栅图像西南点的X坐标；图中的缩放比例要小于图纸本身的比例；旋转角度设置为0。也可以不按指定西南点的坐标进行插入，则需要在CASS中的任意处点击插入，选择缩放比例，数码图片在CASS中插入完毕。下面将会处理数码图片。

坐标网格绘制：根据钢尺量距得到建筑物的长度L和全站仪悬高测量得到建筑的高度H，在CASS中绘制坐标网格(L×H的矩形网格)，进行图像纠正。方法是用多段线在正交状态下画一个标准的坐标网格。

选择控制点，对图像进行纠正：插入光栅图像，进行上述一系列操作之后，就可以进行图像纠正了。用[工具]下拉菜单的[光栅图像]→[图像纠正]对图像进行纠正。在选择要纠正的图像时，要选择扫描图像的最外框，这时会弹出图像纠正对话框。

选择相应的纠正方法：不同的纠正方法选择已知控制点的数量不同，常用的是“linear”(线性)纠正法。点击“图面：”一栏中“拾取”按钮，回到光栅图，局部放大后选择角点或已知点，此时自动返回纠正对话框，在“实际：”一栏中点击“拾取”，再次返回光栅图，选取控制点图上实际位置，返回图像纠正对话框后，点击“添加”，添加此坐标。完成一个控制点的输入后，依次拾取输入各点，最后点击纠正。

图像的缩放：缩放的目的就是数码图像中参考物的长度与实际参考物的长度一致。具体方法是：计算缩放比例因子，选择数码图像，选择缩放功能，指定基点(重合的点)为平移后的图框右下角点，输入缩放比例因子，按下回车即可。

图像的编辑：利用CASS中的多段线，将数码相片中的窗体、门、墙体等外围和边框画出，以便于面域的选择和图案的填充，扣除窗体、门的面积得到建筑物的侧面面积。

在CAD中创建面域：在CASS中空白处右击，点击选项，出现[选项]对话框，在配置中将CASS切换成CAD状态。在CAD中的[绘图]下拉菜单里选择[面域]，选择对象将对象框住。按回车，形成面域。

图案填充：在CAD中的[绘图]下拉菜单里选择[图案填充]，会出现[图案填充]的对话框。在[图案填充]的对话框中进行图案、样例的选择，点击添加：选择对象按钮，选择对象，框起对象，会返回[图案填充]的对话框，按下确定按钮，填充完成。

查看面积：选中填充的图形，点击对象特征，查看填充的面积。

4实验与结果分析

用传统方法测量所计算的面积称为手算面积，将手算面积作为高精度实测面积，相差面积是数码技术所测算的面积与手算面积的相差值。

经过利用CASS软件对实验中数码相片处理，得到了如下的对比数据：

4.1方案一结果分析

表2是相同距离(半径大约30 m)，不同角度数码相机拍摄的对比数据(相机为富士S1770)。

表3是相同角度(与建筑物垂直的方向)，不同距离的拍摄的对比数据(相机为富士S1770)。

4.3方案三结果分析

表4同一位置，不同数码相机进行拍摄的对比数据。

4.4方案四结果分析

表5是同一目标，不同天气拍摄的对比数据(相机为富士S1770)。

5结论

实验结果表明：数码技术的方法用于工程施工侧面的面积测算是可行的，此方法可以满足工程的精度需求，用于工程实践。此方法是用数码技术和CASS软件成图等先进技术结合而产生的，可以避免传统方法对工程施工侧面中的窗体、门等余外面积的处理，节省了这部分的测算的时间和费用，提高了工程的效率。根据实验的研究分析和对比的数据，可以看出以下几点：

(1)在距离相同的情况下，拍摄角度与拍摄目标的垂直平分线偏离越小，精度越高。

(2)在角度相同的情况下，拍摄位置到拍摄目标的各角点距离越相等，精度越高。

(3)不同数码相机拍摄相同的目标时，数码相机的性能越高，精度也越高。

(4)不同天气，拍摄同一目标时，光线越明亮，精度越高；反之，光线越暗，精度越差。

参考文献

[1]袁玉珠，邹为彬. 浅谈运用CASS软件对图像进行几何纠正的方法[J]. 黑龙江科技信息，2008(35)：76.

[2]魏明果，刘德富，王仁明等. 基于普通数码相机全数字摄影测量的理论与方法[J]. 大坝观测与土工测试，2000(3)：51～54.

[3]苗红杰，赵文吉，刘先林. 数码相机检校和摄像测量的部分问题探讨[J]. 首都师范大学学报·自然科学版，2005(1)：117～120.

[4]熊清源，苟永学，赵雪灵. 建筑面积计算的新规范与旧规则比较[J]. 山西建筑，2006(1)：20～21.

[5]项鑫. 利用数码相机进行近景摄影测量试验及精度探讨[J]. 中州煤炭，2010(6)：50～51.

Based on the Construction Flank Area of the Digital Technology Calculation Experimental Research

Feng Jianlong

(Jilin，Jilin Institute of Light Industry Co.，Ltd. Jilin 132013，China)

Key words：the side of the building area；digital technology；photograph corrected；accuracy analysis

Abstract：Based on innovation of the calculation methods of building construction side area，we compared the new digital technology and traditional ruler span and Prism Total Station Coordinate measurement，combined with digital technology in the construction of the side area of experimental research and comparative analysis of data accuracy. We conclude that the digital technology can replace taped measurement and Prism total station coordinate surveying method to calculate the lateral area of large building construction，which provided further economic and effective methods to calculate the lateral area of large building construction.

文章编号：1672-8262(2016)03-134-03

中图分类号：P234.1，P258

文献标识码：B

*收稿日期：2016—01—06

作者简介：冯建龙(1989—)，男，助理工程师，现主要从事工程测量技术工作。