全站仪在日照测量中的应用

王 雷，司海燕，刘 妍

（1.黑龙江第一测绘工程院，黑龙江 哈尔滨 150081；2.黑龙江工程学院 测绘工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050）

随着国家城市建设的发展，高层建筑越来越多，人们对城市居住环境，尤其是住宅日照需求越来越重视，随之产生的关于日照需求方面的法律纠纷事件也屡见不鲜。在目前有限的城市用地空间中，日照需求也对城市规划、设计部门充分利用建设用地、提高容积率增加了难度，详细精确的日照分析工作是避免以上问题的重要环节和参考依据。日照分析就是通过相关数据计算，模拟日照时间的一项工作。日照分析涉及到时间、地域、建筑造型等多种复杂因素，要将这些相互影响的因素综合起来进行人工精确计算分析是非常困难的［1］。2009年国家测绘局制定的测绘资质分级标准将日照测量作为工程测量的一部分，是指为规划管理日照分析提供测绘数据的测量活动。

目前，进行日照测量的方法包括三维激光扫描、近景摄影测量和全站仪法。基于现今三维激光扫描技术特别是点云数据处理技术和软件尚不成熟，三维激光扫描仪动辄数十万甚至百万的价格，在城市日照分析测量中作为一种常规方法尚不现实［1］。多基线近景摄影测量［2］虽能够满足建筑立面测量的精度，但无法满足地形图的测量，且设备价格昂贵，数据处理复杂，因此，也不适宜日照测量这种小型工程测量工作。利用全站仪进行建筑物挡光测量十分便捷，避免了测量人员登高作业，克服了用钢尺丈量有时无法作业的困难［3］。

综上所述，目前日照测量工作主要还是采用全站仪进行数据采集，全站仪数据为点坐标数据文件，传输简单，内业工作可借助南方CASS软件或其它数字成图软件成图，图形文件为CAD格式，可直接提供给日照分析计算软件进行处理。

1 全站仪日照测量原理

1.1 三维坐标测量

全站仪为具备电子测角、电磁波测距及相应计算程序的电子测量仪器［4］，目前的全站仪一般具备免棱镜测量、三维坐标测量、悬高测量等多种功能，操作简单，精度高，可靠性好。三维坐标测量原理如下：

如图1、图2所示，控制点A为测站点，B为定向点，P为未知点（即A、B点坐标已知）。首先将全站仪安置在A点，量取仪器高i、棱镜高v，选择全站仪的三维坐标测量模式，将i，v输入全站仪，在定向检核无误后，照准P点处的棱镜，按下测量键后全站仪通过计算程序就能直接显示并存储P点的三维坐标。

图1 全站仪平面坐标测量

图2 全站仪三角高程测量

公式为

式中：S为斜距，θ为竖直角，α为方位角。

1.2 悬高测量

所谓悬高测量，就是测定空中某点的高程或距地面点的高度［5］。

悬高测量原理如图3所示：首先把反射棱镜设立在欲测目标点P的天底P0点（即过目标点P的铅垂线与地面的交点），输入反射棱镜高v；然后照准反射棱镜锁定全站仪的水平制动螺旋，进行距离测量，再转动望远镜照准目标点P，便能实时显示出目标点P至地面点P0的高度H，公式为

图3 全站仪悬高测量

式中：v为棱镜高，S为全站仪至反射棱镜的斜距；θ1和θ2分别为反射棱镜和目标点的竖直角。

2 大比例尺地形图及建筑平面图的测绘

2.1 周边地形图测绘

大比例尺地形图的测绘应符合《城市测量规范》中城市工程测图部分的建构筑物误差要求的规定，同一般的地形图测绘不同之处在于，日照测量地形图只测绘涉及日照分析的遮挡、被遮挡建筑相应关系及周边主要交通，不必测绘地面上其它附属要素，如交通附属设施、管线附属设施、植被、独立地物等。成图比例尺可采用任意比例尺而不必完全按照国家标准比例尺，坐标系也可采用假定坐标系，但一定要标明真北方向。

2.2 建筑物平面图的测绘

主要测绘遮挡、被遮挡建筑主体、房顶及其附属结构（日照计算所必需的部分）的平面图，并用大比例尺地形图图式符号进行表示。

测量建筑物主体时应尽量使用小棱镜，立镜点尽量按统一的方法立于建筑物特征点上，对于建筑物隐蔽点宜采用钢尺丈量的方式进行勘丈测量，对实在无法直接观测的隐蔽点可使用全站仪的免棱镜功能，但要注意照准目标的误差控制［6］。

建筑物房顶的测量主要针对遮挡建筑物进行，被遮挡建筑物房顶（阁楼、影响自身日照的结构除外）不需要测量。对影响日照效果的房顶结构如突出的楼梯间、水箱、造型、挑廊应精确测量，对构造复杂的造型轮廓可用近似的包络图形绘制。

建筑物附属结构的测绘主要针对阳台、室外楼梯、檐廊进行，遮挡建筑物可根据相对位置只测量与被遮挡建筑物相关的一面，被遮挡建筑物只测量主体外与遮挡建筑物相关一面的各种阳台及檐廊等，也就是遮挡建筑物着重测量产生阴影的部位，被遮挡建筑着重测量进光的部位，露天阳台、封闭阳台要区别绘制。

2.3 内业成图示例

以某日照测量工程为例，根据以上要求，绘制建筑物及周边地物平面图如图4所示，平面图除精确绘制图形外，还要注记楼名、正负零点、建筑物高度（相对正负零点）、周边道路的路名、真北方向等。

图4 建筑物及周边平面

3 被遮挡建筑立面图的测绘

遮挡建筑物不需要测绘立面图，只标明相对正负零点的高度，被遮挡建筑物才需要测绘立面图，主要是测绘被遮挡建筑物的门窗，并精确测定其大小及高度。棱镜无法到达的高层门窗可采用悬高测量的方法。全站仪的架设位置尽量离要测量的建筑立面有足够的距离并架设在正面，可以避免悬高测量中望远镜无法瞄准高层门窗的上下边界情况，可以不受封闭阳台突出部位遮挡视线的影响。

3.1 室内地坪高度的选取

一般选取被遮挡建筑物的室内地坪为正负零点，若被遮挡建筑不止一座，一般选择相对较低的建筑室内地坪，注意一旦正负零位置选定，所有日照测量范围内的建筑物相对高度均要以此为准。

3.2 门窗定位的要求

被遮挡建筑物的门窗是阳光进入室内的路径，因此在建筑物主体精确定位的基础上，应更精确地测量每层门窗的具体位置，由于离地面高度低于0.5m的门窗面积不计入采光面积内，日照时间计算起点为底层窗台面是指距室内地坪0.9m高的外墙位置［7］，所以在实际测量中对不同的门窗要区别对待。

对于门窗在水平方向的距离可使用全站仪逐边进行测量，亦可使用钢尺逐边进行勘丈，垂直方向可采用悬高测量的方法，使全站仪十字丝横丝瞄准门窗的上下边缘进行测量。由于建筑物建造误差、仪器观测误差造成的相关门窗大小、高度不一致等情况，可适当进行调整，取多个相同规格门窗大小高度的平均数作为最终结果。

3.3 内业成图示例

根据以上要求，绘制被遮挡建筑物立面图如图5所示，立面图除精确绘制图形外，还要注记楼名、正负零点、每层门窗底边及楼顶的高度（相对正负零点）等。

图5 被遮挡建筑立面图

4 结束语

日照测量在城市规划和建筑纠纷调节中具有特殊意义，本文详细介绍了日照测量的方法及其在实际工作中的注意事项，日照测量虽属于工程测量的范畴，但与常规的工程测量相比有着自身的特点，在外业数据采集、内业成图方面有着特殊要求，工作的性质影响到一个建筑物的规划、设计及个人切身利益，与人们居住环境需求息息相关。鉴于当前日照测量还没有一个具体详尽的规范标准，笔者只是从实际工程出发对日照测量的常规手段和方法进行介绍，结果证明利用全站仪可以满足日照测量中的平面、立面测量。

同时必须指出，日照分析工作除上述利用全站仪进行日照测量获取的建筑物平面图、立面图外，还需要测区的天文经纬度及真北方向，天文经纬度一般直接采用城市经纬度，真北方向可采用陀螺经纬仪直接测量［8］、地磁测量［9］、太阳高度法［10］、已知控制点坐标系转换等方法确定，本文不再赘述。

［1］陈永星，王蕾.建筑物日照分析测量研究［J］.中国科技信息，2012（16）：52－52.

［2］丁进选，王斌.多基线数字近景摄影测量在建筑立面提取中的应用［J］.测绘通报，2012（6）：47－50.

［3］曾邵文.免棱镜全站仪在日照分析测量中的应用［J］.中国市政工程，2009（4）：55－56.

［4］孔祥元.大地测量学［M］.武汉：武汉大学出版社，2010.

［5］鲍建宽，李秀海，朱继文，等.大地测量学［M］.哈尔滨：哈尔滨地图出版社，2008.

［6］张立群，赵仲荣，袁树才，等.免棱镜全站仪在建筑物倾斜监测中应用与分析［J］.测绘工程，2011，20（2）：57－59.

［7］中华人民共和国建设部.GB 50180－93（2002）城市居住区规划设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［8］周召发，常振军，张志利.摆式陀螺寻北仪快速寻北的时差逆转点法［J］.探测与控制学报，2012，34（4）：64－66.

［9］徐家琨，王双喜，汪平，等.海岛礁地磁测量时短边真北方位角的确定及精度分析［J］.海洋测绘，2012，32（2）：15－17.

［10］张小平.简析太阳真方位角的测定［J］.山西建筑，2012，38（36）：219－220.