基于解析与模拟相结合的建筑立面图测绘方法分析

席 岩

（合肥市轨道交通集团有限公司运营分公司，安徽 合肥 230000）

本文提出了一种分析与仿真相结合的建筑物立面图绘制方法。基于建筑立面图的两种分析与仿真相结合的绘制方法。

1 基于解析与模拟相结合的建筑立面图测绘方法提出

1.1 建立立面平面直角坐标系

建筑物立面图一般会采用相对于二维平面的直角坐标系。为了方便绘图，通常情况下，会将立面的左下角用作原点 （0，0），穿过立面的原点的水平面的投影为x轴，表示建筑物的实际位置。特征点的水平距离相对于高程原点的距离，高程为y轴。

1.2 使用全站仪测定立面图特征点

根据建筑物立面特征点的几何分布特征，与立面平面的直角坐标系相对应的垂直于特征点的垂直方向上的特征点不会改变x值，而y值会发生相应的变化，或对应于某个相对于立面的直角坐标系，某个特征点在水平方向上的特征点保持不变，但是x值是发生变化的。通常情况下，可以从数字线图中直接分析特征点的x值，或者可以使用无棱镜的全站仪直接观测。为了提高水平距离投影的观测精度，需要将同一水平或是垂直方向上的多个特征点的仰角 （水平距离投影）作为容许范围内的仰角 （水平距离投影）的观测值。误差范围算术平均值 （或返回值）被视为特征线的高程（水平距离投影）。

1.3 利用非量测相机获取建筑物立面相对尺寸

更为复杂的 （形状或欧洲）建筑表面是用棱镜全站仪逐点测量的，因此需要耗费很长的时间，不仅如此还无法准确地描述其具体的形状和大小。可以使用非测量相机拍摄其它的部分结构。拍摄时，可以使用水平三脚架使照片平面与垂直平面平行。建筑物的立面图案的形状由照片的形状来模拟。照片为中心投影法，建筑物正面为正投影。根据近景摄影测量理论，如果整个凹凸不平的建筑物相对于短距离平行拍摄的单个建筑物的表面位于同一平面上，则可以近似为正交法心投影。通过测量与同一水平线位于同一垂直线上的两个特征点的同一平面距离，确定照片和建筑表面的水平和垂直比例，在不考虑相对相机像点的相对几何误差或相机外部关系的相对几何误差的情况下，确定并获得了相机的相对几何误差。创建建筑立面所需的要素点的位置。在与照片相同的水平线上提供两个不同的特征点，地图上的距离L1对应于实际长度L1，地图上的距离L2对应于相对于同一垂直线上的两个特征点的实际长度L2，K1=L1/L1；K2=L2/L2（1）是一个表达式，K1和K2是照片上的水平和垂直方向。根据相似理论，K1和K2应该匹配，但实际上由于上述原因产生的误差，图像点会发生比较明显的偏移。考虑到摄影的距离非常近，对立面图的精度要求不是特别高。近点光度理论可以将图像点偏移的校正近似为比较K的校正。此时，将上面公式中的K1和K2被视为随函数变化的线性函数。照片的水平和垂直距离，即.K1=a1+b1x，K2=A2+b2y（2），由公式 （2）可以得知，不同的照片对应不同的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点。当建筑物立面的凹凸形体对投影平面上的图像产生透视变形以后，就无法利用上述比例关系得到实际的距离，但建筑物的不规则形状可以直通过前期测量的数字线划地图得到，这样可以更好地避免复杂的计算过程。

2 实例分析

测量某建筑南立面图效果图，首先用GPSRTK定位测量区域的根控制点，然后使用索佳SET250RX型的无棱镜全站仪测量主要特征点的三维坐标，如角度、角度和窗口角度。用高像素的单片照相机拍下了一张立面的细部照片，把实际测量的三维坐标转换为建筑物左下角的相对距离和相对高程，并绘制到立面平面坐标系上面。用控制点或基线进行测量，在测量的过程中，可以使用辅助的工具和所拍摄的照片，经过一系列的计算以后可以得到任意点的比例参数，然后将实际比例关系绘制到立面图上面。最后，根据比例的关系可以在立面图中绘制出复杂的立面结构。在完成的立面图中，采用了照片模拟测得的部分对应点坐标和无棱镜全站仪测得的详细点坐标。两者的水平差不是特别明显，但是垂直差相差的比较明显，物体距离主点越远，照片的变形情况越明显，造成仰角较高。物体比图像的主要点大得多。如何解决这个严重的问题呢？根据相似的理论，一张照片的相似情况往往与相机的内部方向无关。立面图上各个点的间距与照片上同名点之间的距离之间的关系一定要符合表达式 （1）和 （2），而当你拍照时，建筑物的特征点会将图像靠近图像的主要点，以防止由于照片变形而产生较大误差。照片模拟细节中各站仪同一点的相对精度为水平mx=5.0cm，垂直方向my=±4.5cm，这些数据完全可以满足 《城市测量规范》具体要求，这就可以说明对立面图的精度要求不是特别高，可以通过全站仪采集少量立面的实际情况，然后使用高像素相机拍摄不同角度的照片，从而更好地模拟出绘制立面图的方法，并采取常规的立面图测绘的方法。

3 结语

总之，就工作效率和制图精度而言，使用无棱镜全站仪分析和非测量相机照片模拟相结合的方法来绘制建筑物立面图是完全可行的。该方法完全突破了在不同环境下使用单一操作仪器的局限性，可以节省大量的现场资源，是一种简单方便，安全可行，操作起来非常方便。当然，可以使用的方法是多种多样的，值得进行更深入的开发和研究。