全站仪免棱镜方法测绘建筑物立面图

张为成，潘筱野，王 杨，彭 博，李亚茹

(1.黑龙江工程学院 测绘工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050；2.吉林省地理信息院，吉林 长春 130062；3.丹东市水利勘测设计研究院，辽宁 丹东 118001)

全站仪免棱镜方法测绘建筑物立面图

张为成1，潘筱野2，王 杨3，彭 博1，李亚茹1

(1.黑龙江工程学院 测绘工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050；2.吉林省地理信息院，吉林 长春 130062；3.丹东市水利勘测设计研究院，辽宁 丹东 118001)

测绘项目中经常需要对建筑物的立面进行测绘，并绘制立面图。但常用的成图软件大多是对地物地貌进行水平投影，无法直接用于立面图的绘制。通过研究建筑物的立面图与平面图之间的数据关系，结合具体的工程案例，采用全站仪和CASS软件对建筑物的立面进行测量和绘制，并给出具体项目实施流程和注意事项。

建筑物；立面；测绘；实施流程

建筑物立面是市容环境的重要表象，而市容环境又是城市形象和品质的综合体现，是城市现代化和文明程度的重要标志。搞好市容环境整治，关系到城市的竞争力，关系到经济社会又好又快发展，关系到人民群众的根本利益。最近几年，许多城市都扎实地组织实施了建筑立面整治行动。立面整治首先要测绘出建筑物的立面图，立面图是市容环境改造和建筑物改( 扩) 建工程设计和施工的依据。目前，测量建筑物立面图的主要技术方法是三维激光扫描测量技术，它突破了传统的单点测量方式，具有速度快、非接触、高密度、自动化等特点，可以在复杂的环境中进行使用。通过三维激光扫描可以直接将建筑物立面上的实景三维数据完整地采集到电脑中，然后进行三维实体建模，同时，将采集的三维激光点云数据进行后处理。此种方法虽然好，但是三维激光扫描仪价格昂贵，后处理软件操作也需要专门的培训，故对于大多数测量人员来说掌握三维激光扫描技术和处理方法还很困难。

1 建筑物立面图与平面图之间的数据关系

在与建筑物立面平行的投影面上所作建筑物的正投影图，称为建筑物立面图，简称立面图。按投影原理，立面图上应将立面上所有看得见的细部(如门窗、阳台、屋面等)都表示出来，并且真实地反应出这些细部的形状和位置。平面图则是将地面上建筑物的平面位置、形状按一定比例尺、用规定的符号缩绘在图纸上，并注有代表性的高程点的图。如图1所示，地面点1～8所构成的平面与点9～16构成的平面平行，两平面的间距为z,点1～8所构成的平面与平面坐标系XOY重合,点1～8为点9～16的投影点，因此

(1)

从图1可以看出,1、2、5、6四点在同一直线上，根据点1和点6的平面坐标可以计算出直线16的坐标方位角α，所以点1、6、14、9构成的平面与ZOY平面所构成的二面角为90°-α。

绘制点1、6、14和9所构成的立面图时，根据定义可知，需要作此立面的正投影图，显而易见投影后绘制的立面图为二维图，二维图与各点X方向的坐标值无关，只与Y和Z方向的坐标值有关。在计算立面图坐标时，以点1为基点(此坐标不动)，所有点的坐标将分两种情况：

图1 三维建筑物

1)所要计算的点在点1、6、14和9所构成的平面内，此时

(2)

2)所要计算的点不在点1、6、14和9所构成的平面内，此时

(3)

2 立面图测绘的实施流程

以哈尔滨市某公寓楼为例叙述立面图测绘流程。某公寓楼楼高40层，2013年6月受业主委托，对公寓进行了立面图测量。由于三维激光扫描仪价格昂贵，故采用全站仪免棱镜的方法对该建筑物的立面进行了测绘。

2.1 测量前精度分析

根据项目成本等各方面因素，决定本项目测量中使用徕卡TCR-402全站仪，该仪器的测角精度为±2″，测距精度2 mm+2 ppm·D。直接通过全站仪进行空间三维坐标的采集。为了满足精度，在外业数据采集之前，通过误差传播率对该方法进行了精度分析。

全站仪测定空间点的三维坐标计算公式为

(4)

式中:x0,y0,z0为测站点坐标，V为垂直角，α为坐标方位角。因同一测站上仪器高对所有点的影响相同，故mi=0。根据误差传播定律得

(5)

(6)

在采集数据时，垂直角最大为45°，最大视距不超过200 m，又因为m0=±2″，ms=2 mm+2 ppm·D，所以平面点位中误差和高程中误差最大值为

mp=±6.64 mm,mzp=±4.76 mm.

本工程项目要求平面精度和高程精度均为±3 cm，由此可见，用该方法完全可以满足数据采集所需的精度要求。

2.2 外业数据采集与传输

考虑到整个大楼的相对关系以及立面图的测量,本次测量在测区内共布设5个图根控制点,通过边长和角度的采集，建立了闭合导线控制网，假定1号图根点的坐标为(2000，2000，200)，以北方向为参考方向，建立了统一的测量坐标系。采集数据时，采用无棱镜模式，直接对博士楼立面的特征点(如门窗的角点)进行采集，并绘制相应的草图。在采集数据的过程中，对每一个相应立面建立一个坐标文件。通过LGO软件把全站仪野外采集数据传入到计算机中。

2.3 数据处理

传入到计算机中的数据是“.dat”格式的坐标文件，打开坐标文件找到立面图的左下角点坐标和右下角点坐标，根据两点坐标计算二者之间的坐标方位角α。然后通过自编程序对采集的数据进行统一处理，编制程序的原理如式(3)所示。这样计算之后的坐标即为立面图的三维坐标。然后通过CASS软件“坐标转换”命令，将X方向值与Z方向值互换位置，这时得到的新数据即为生成立面图所需的最终数据。

2.4 展点成图

把最终的数据展点到CASS软件中，根据草图，对相应的位置进行编辑，最终得到该建筑物的立面图，如图2所示。

图2 某公寓楼正立面

3 项目实施中注意的事项

1)立面图数据的生成与立面图左下角点和右下角点坐标有直接的关系，因此，在测量时，一般左下角点和右下角点都采集三次，最终以三次坐标的平均值为该点的最终值。

2)立面图一般比较复杂，测量前最好用数码相机对建筑物进行拍照，然后打印成图，作为外业数据采集时草图的底图来使用。

3)应用全站仪采集立面图数据时，测量精度与垂直角和视距有关，测量之前为了达到要求，必须做测量前的精度分析。

4 结束语

本文着重阐述了建筑物的立面图与平面图之间的数据关系，立面图测绘的实施流程以及实施中的注意事项。在具体实施过程中，采用的仪器和使用的绘图软件不同，其数据格式也会不同，但是只要掌握了立面图与平面图之间的数据关系，通过自编程序，都可以实现二者之间的数据转换，最终绘制出所需的立面图，以达到立面图测绘项目的顺利完成。

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[责任编辑：郝丽英]

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

黑龙江工程学院青年科学基金项目(2012QJ04)

张为成(1980-)，男，讲师，博士研究生，研究方向：测绘工程.

TU198；TU198+.6

A

1671-4679(2014)05-0008-03