基于解析與模擬相結合的建筑立面圖測繪方法分析

席 巖

（合肥市軌道交通集團有限公司運營分公司，安徽 合肥 230000）

本文提出了一種分析與仿真相結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合的繪制方法。

1 基于解析與模擬相結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系

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

1.2 使用全站儀測定立面圖特征點

根據建筑物立面特征點的幾何分布特征，與立面平面的直角坐標系相對應的垂直于特征點的垂直方向上的特征點不會改變x值，而y值會發生相應的變化，或對應于某個相對于立面的直角坐標系，某個特征點在水平方向上的特征點保持不變，但是x值是發生變化的。通常情況下，可以從數字線圖中直接分析特征點的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的仰角 （水平距離投影）作為容許范圍內的仰角 （水平距離投影）的觀測值。誤差范圍算術平均值 （或返回值）被視為特征線的高程（水平距離投影）。

1.3 利用非量測相機獲取建筑物立面相對尺寸

更為復雜的 （形狀或歐洲）建筑表面是用棱鏡全站儀逐點測量的，因此需要耗費很長的時間，不僅如此還無法準確地描述其具體的形狀和大小。可以使用非測量相機拍攝其它的部分結構。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，在不考慮相對相機像點的相對幾何誤差或相機外部關系的相對幾何誤差的情況下，確定并獲得了相機的相對幾何誤差。創建建筑立面所需的要素點的位置。在與照片相同的水平線上提供兩個不同的特征點，地圖上的距離L1對應于實際長度L1，地圖上的距離L2對應于相對于同一垂直線上的兩個特征點的實際長度L2，K1=L1/L1；K2=L2/L2（1）是一個表達式，K1和K2是照片上的水平和垂直方向。根據相似理論，K1和K2應該匹配，但實際上由于上述原因產生的誤差，圖像點會發生比較明顯的偏移。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。近點光度理論可以將圖像點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被視為隨函數變化的線性函數。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。當建筑物立面的凹凸形體對投影平面上的圖像產生透視變形以后，就無法利用上述比例關系得到實際的距離，但建筑物的不規則形狀可以直通過前期測量的數字線劃地圖得到，這樣可以更好地避免復雜的計算過程。

2 實例分析

測量某建筑南立面圖效果圖，首先用GPSRTK定位測量區域的根控制點，然后使用索佳SET250RX型的無棱鏡全站儀測量主要特征點的三維坐標，如角度、角度和窗口角度。用高像素的單片照相機拍下了一張立面的細部照片，把實際測量的三維坐標轉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系上面。用控制點或基線進行測量，在測量的過程中，可以使用輔助的工具和所拍攝的照片，經過一系列的計算以后可以得到任意點的比例參數，然后將實際比例關系繪制到立面圖上面。最后，根據比例的關系可以在立面圖中繪制出復雜的立面結構。在完成的立面圖中，采用了照片模擬測得的部分對應點坐標和無棱鏡全站儀測得的詳細點坐標。兩者的水平差不是特別明顯，但是垂直差相差的比較明顯，物體距離主點越遠，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大得多。如何解決這個嚴重的問題呢？根據相似的理論，一張照片的相似情況往往與相機的內部方向無關。立面圖上各個點的間距與照片上同名點之間的距離之間的關系一定要符合表達式 （1）和 （2），而當你拍照時，建筑物的特征點會將圖像靠近圖像的主要點，以防止由于照片變形而產生較大誤差。照片模擬細節中各站儀同一點的相對精度為水平mx=5.0cm，垂直方向my=±4.5cm，這些數據完全可以滿足 《城市測量規范》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際情況，然后使用高像素相機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，并采取常規的立面圖測繪的方法。

3 結語

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照片模擬相結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境下使用單一操作儀器的局限性，可以節省大量的現場資源，是一種簡單方便，安全可行，操作起來非常方便。當然，可以使用的方法是多種多樣的，值得進行更深入的開發和研究。