基于解析與模擬相結(jié)合的建筑立面圖測繪方法分析

席 巖

（合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，安徽 合肥 230000）

本文提出了一種分析與仿真相結(jié)合的建筑物立面圖繪制方法。基于建筑立面圖的兩種分析與仿真相結(jié)合的繪制方法。

1 基于解析與模擬相結(jié)合的建筑立面圖測繪方法提出

1.1 建立立面平面直角坐標(biāo)系

建筑物立面圖一般會采用相對于二維平面的直角坐標(biāo)系。為了方便繪圖，通常情況下，會將立面的左下角用作原點(diǎn) （0，0），穿過立面的原點(diǎn)的水平面的投影為x軸，表示建筑物的實(shí)際位置。特征點(diǎn)的水平距離相對于高程原點(diǎn)的距離，高程為y軸。

1.2 使用全站儀測定立面圖特征點(diǎn)

根據(jù)建筑物立面特征點(diǎn)的幾何分布特征，與立面平面的直角坐標(biāo)系相對應(yīng)的垂直于特征點(diǎn)的垂直方向上的特征點(diǎn)不會改變x值，而y值會發(fā)生相應(yīng)的變化，或?qū)?yīng)于某個相對于立面的直角坐標(biāo)系，某個特征點(diǎn)在水平方向上的特征點(diǎn)保持不變，但是x值是發(fā)生變化的。通常情況下，可以從數(shù)字線圖中直接分析特征點(diǎn)的x值，或者可以使用無棱鏡的全站儀直接觀測。為了提高水平距離投影的觀測精度，需要將同一水平或是垂直方向上的多個特征點(diǎn)的仰角 （水平距離投影）作為容許范圍內(nèi)的仰角 （水平距離投影）的觀測值。誤差范圍算術(shù)平均值 （或返回值）被視為特征線的高程（水平距離投影）。

1.3 利用非量測相機(jī)獲取建筑物立面相對尺寸

更為復(fù)雜的 （形狀或歐洲）建筑表面是用棱鏡全站儀逐點(diǎn)測量的，因此需要耗費(fèi)很長的時間，不僅如此還無法準(zhǔn)確地描述其具體的形狀和大小。可以使用非測量相機(jī)拍攝其它的部分結(jié)構(gòu)。拍攝時，可以使用水平三腳架使照片平面與垂直平面平行。建筑物的立面圖案的形狀由照片的形狀來模擬。照片為中心投影法，建筑物正面為正投影。根據(jù)近景攝影測量理論，如果整個凹凸不平的建筑物相對于短距離平行拍攝的單個建筑物的表面位于同一平面上，則可以近似為正交法心投影。通過測量與同一水平線位于同一垂直線上的兩個特征點(diǎn)的同一平面距離，確定照片和建筑表面的水平和垂直比例，在不考慮相對相機(jī)像點(diǎn)的相對幾何誤差或相機(jī)外部關(guān)系的相對幾何誤差的情況下，確定并獲得了相機(jī)的相對幾何誤差。創(chuàng)建建筑立面所需的要素點(diǎn)的位置。在與照片相同的水平線上提供兩個不同的特征點(diǎn)，地圖上的距離L1對應(yīng)于實(shí)際長度L1，地圖上的距離L2對應(yīng)于相對于同一垂直線上的兩個特征點(diǎn)的實(shí)際長度L2，K1=L1/L1；K2=L2/L2（1）是一個表達(dá)式，K1和K2是照片上的水平和垂直方向。根據(jù)相似理論，K1和K2應(yīng)該匹配，但實(shí)際上由于上述原因產(chǎn)生的誤差，圖像點(diǎn)會發(fā)生比較明顯的偏移。考慮到攝影的距離非常近，對立面圖的精度要求不是特別高。近點(diǎn)光度理論可以將圖像點(diǎn)偏移的校正近似為比較K的校正。此時，將上面公式中的K1和K2被視為隨函數(shù)變化的線性函數(shù)。照片的水平和垂直距離，即.K1=a1+b1x，K2=A2+b2y（2），由公式 （2）可以得知，不同的照片對應(yīng)不同的a1，b1，a2，b2，用最小二乘法可以求出平均分配在照片上的同名點(diǎn)。當(dāng)建筑物立面的凹凸形體對投影平面上的圖像產(chǎn)生透視變形以后，就無法利用上述比例關(guān)系得到實(shí)際的距離，但建筑物的不規(guī)則形狀可以直通過前期測量的數(shù)字線劃地圖得到，這樣可以更好地避免復(fù)雜的計(jì)算過程。

2 實(shí)例分析

測量某建筑南立面圖效果圖，首先用GPSRTK定位測量區(qū)域的根控制點(diǎn)，然后使用索佳SET250RX型的無棱鏡全站儀測量主要特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，如角度、角度和窗口角度。用高像素的單片照相機(jī)拍下了一張立面的細(xì)部照片，把實(shí)際測量的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為建筑物左下角的相對距離和相對高程，并繪制到立面平面坐標(biāo)系上面。用控制點(diǎn)或基線進(jìn)行測量，在測量的過程中，可以使用輔助的工具和所拍攝的照片，經(jīng)過一系列的計(jì)算以后可以得到任意點(diǎn)的比例參數(shù)，然后將實(shí)際比例關(guān)系繪制到立面圖上面。最后，根據(jù)比例的關(guān)系可以在立面圖中繪制出復(fù)雜的立面結(jié)構(gòu)。在完成的立面圖中，采用了照片模擬測得的部分對應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)和無棱鏡全站儀測得的詳細(xì)點(diǎn)坐標(biāo)。兩者的水平差不是特別明顯，但是垂直差相差的比較明顯，物體距離主點(diǎn)越遠(yuǎn)，照片的變形情況越明顯，造成仰角較高。物體比圖像的主要點(diǎn)大得多。如何解決這個嚴(yán)重的問題呢？根據(jù)相似的理論，一張照片的相似情況往往與相機(jī)的內(nèi)部方向無關(guān)。立面圖上各個點(diǎn)的間距與照片上同名點(diǎn)之間的距離之間的關(guān)系一定要符合表達(dá)式 （1）和 （2），而當(dāng)你拍照時，建筑物的特征點(diǎn)會將圖像靠近圖像的主要點(diǎn)，以防止由于照片變形而產(chǎn)生較大誤差。照片模擬細(xì)節(jié)中各站儀同一點(diǎn)的相對精度為水平mx=5.0cm，垂直方向my=±4.5cm，這些數(shù)據(jù)完全可以滿足 《城市測量規(guī)范》具體要求，這就可以說明對立面圖的精度要求不是特別高，可以通過全站儀采集少量立面的實(shí)際情況，然后使用高像素相機(jī)拍攝不同角度的照片，從而更好地模擬出繪制立面圖的方法，并采取常規(guī)的立面圖測繪的方法。

3 結(jié)語

總之，就工作效率和制圖精度而言，使用無棱鏡全站儀分析和非測量相機(jī)照片模擬相結(jié)合的方法來繪制建筑物立面圖是完全可行的。該方法完全突破了在不同環(huán)境下使用單一操作儀器的局限性，可以節(jié)省大量的現(xiàn)場資源，是一種簡單方便，安全可行，操作起來非常方便。當(dāng)然，可以使用的方法是多種多樣的，值得進(jìn)行更深入的開發(fā)和研究。