張強(qiáng),吳大鵬(1．濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院,山東濟(jì)南 250013; 2．山東省城市空間信息工程技術(shù)研究中心,山東濟(jì)南 250013)

Topcon Image Master軟件在日照分析中的應(yīng)用

張強(qiáng)1,2?,吳大鵬1,2
(1．濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院,山東濟(jì)南 250013; 2．山東省城市空間信息工程技術(shù)研究中心,山東濟(jì)南 250013)

摘 要:針對(duì)濟(jì)南市日照分析中陽(yáng)臺(tái)內(nèi)的窗戶測(cè)量比較困難的情況,本文提出了一種采用Topcon Image Master軟件與數(shù)碼相機(jī)相結(jié)合的測(cè)量方法,并從其工作原理、項(xiàng)目應(yīng)用、精度分析及存在的問題等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述,解決了工作中的難題,為相關(guān)項(xiàng)目的開展提供了新思路。

關(guān)鍵詞:日照分析;Image Master;窗戶測(cè)量

1　引 言

為加強(qiáng)和規(guī)范生活居住類建筑的日照分析規(guī)劃管理工作,濟(jì)南市規(guī)定:凡在本市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)申辦建設(shè)工程項(xiàng)目,可能對(duì)生活居住類建筑產(chǎn)生日照遮擋影響的,建設(shè)申請(qǐng)人在申報(bào)建設(shè)工程規(guī)劃許可證時(shí),須進(jìn)行日照分析并提交日照分析報(bào)告。日照分析單位因故意或過失等原因造成日照分析結(jié)論錯(cuò)誤,產(chǎn)生損害后果的,由日照分析單位承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。由此可見,日照分析雖然項(xiàng)目小,但在城市建設(shè)中占有重要的作用。

隨著測(cè)繪儀器的發(fā)展,使用免棱鏡全站儀基本滿足了樓高及窗戶位置的測(cè)量。但由于各城市對(duì)日照分析的要求不盡相同,比如濟(jì)南市日照分析技術(shù)規(guī)程中規(guī)定,對(duì)于有條件獲得日照分析窗戶計(jì)算數(shù)據(jù)的生活居住類建筑須采用窗戶分析方法進(jìn)行分析,有陽(yáng)臺(tái)(含凸陽(yáng)臺(tái)、凹陽(yáng)臺(tái))的窗戶也應(yīng)以窗臺(tái)面的左右兩個(gè)端點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)。對(duì)陽(yáng)臺(tái)頂板、陽(yáng)臺(tái)分戶隔板或凹陽(yáng)臺(tái)的墻體本身所產(chǎn)生的遮擋影響不進(jìn)行分析。這就要求測(cè)量陽(yáng)臺(tái)內(nèi)的窗戶而不是陽(yáng)臺(tái)的窗戶,增加了測(cè)量的困難度,因?yàn)橛行╆?yáng)臺(tái)內(nèi)的窗戶是無法用免棱鏡儀器測(cè)到的,需要入戶才可以,但入戶又經(jīng)常遭遇到現(xiàn)場(chǎng)不配合的情形,在這種情況下,本文提出了使用Topcon Image Master軟件和數(shù)碼相機(jī)組合的方式完成作業(yè),極大地提高了工作效率。

2　Topcon Image Master軟件的應(yīng)用原理

Topcon Image Master軟件,是拓普康實(shí)時(shí)自動(dòng)化影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(由IS測(cè)量機(jī)器人、Image Master后處理軟件、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)構(gòu)成)的組成部分,具有拓普康Image Station遠(yuǎn)程視頻控制(遙控、測(cè)站點(diǎn)設(shè)置、點(diǎn)測(cè)量、掃描、創(chuàng)建全景照片);點(diǎn)云、3D模型顯示;多測(cè)站模型管理;TIN創(chuàng)建、正射影像、距離量測(cè)等特點(diǎn)。將數(shù)碼相機(jī)與全站儀有機(jī)結(jié)合在一起,并且配有廣角和長(zhǎng)焦兩種影像模式,實(shí)現(xiàn)了全站儀測(cè)量和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的結(jié)合。本文應(yīng)用正是借鑒該軟件具有數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方面的特征。

3　項(xiàng)目應(yīng)用

3．1相機(jī)參數(shù)計(jì)算

首先,選擇畸變差較小的相機(jī),以便減少相機(jī)變形誤差,最好是選擇單反相機(jī),分辨率不低于800萬像素,在這里我們選擇Canon相機(jī),通過Topcon Image Master軟件自帶的程序Topcon Image Master Calib對(duì)相機(jī)的參數(shù)進(jìn)行解算。通過多角度拍攝測(cè)試圖案(最少5張照片以上,包含上、下、左、右、正中5個(gè)角度),進(jìn)行解算,解算誤差在0．25個(gè)像素以內(nèi)即可,這樣解算出的相機(jī)參數(shù)才能滿足應(yīng)用要求,如圖1、圖2所示。

圖1　將拍攝的測(cè)試圖案導(dǎo)入軟件

圖2　相機(jī)參數(shù)解算

圖3　陽(yáng)臺(tái)內(nèi)窗戶需要測(cè)量

3．2導(dǎo)入測(cè)區(qū)照片及控制點(diǎn)

(1)導(dǎo)入測(cè)區(qū)照片。要求:包含需要測(cè)量窗戶的照片至少兩張以上,而且要求不同角度,能包含全部控制點(diǎn)。以下單張照片中的陽(yáng)臺(tái)內(nèi)窗戶需要測(cè)量。如圖3所示:

(2)控制點(diǎn)及連接點(diǎn):控制點(diǎn)可以在測(cè)量樓高數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)ｉT進(jìn)行測(cè)量,也可以根據(jù)已有地形圖及樓高數(shù)據(jù)圖解所得,控制點(diǎn)或連接點(diǎn)的個(gè)數(shù)至少6個(gè)以上,分布在需要測(cè)量窗戶的四周,如圖4所示。

圖4　同名點(diǎn)測(cè)量

3．3同名像點(diǎn)匹配

根據(jù)導(dǎo)入的相片,在左右相片上測(cè)量同名點(diǎn),為了使處理過程簡(jiǎn)單、精度高,最好選用同一個(gè)建筑南立面上的平面點(diǎn)。同名點(diǎn)的測(cè)量要求順序一致,位置準(zhǔn)確,計(jì)算誤差在軟件要求的精度范圍內(nèi),這樣在進(jìn)行同名點(diǎn)匹配時(shí),才能順利通過。另外,在選擇定向方法時(shí),有光束法平差、獨(dú)立定向法,光束法適合所有的影像功能,并且需要高精度的精確相機(jī)糾正參數(shù)。獨(dú)立定向法適合只有紋理貼圖及正射影像功能的圖像或相機(jī)參數(shù)未知的圖像。所以在該項(xiàng)目數(shù)據(jù)處理時(shí),一般選擇光束法平差處理。除此之外,在選擇匹配方法時(shí),匹配方法有正相關(guān)運(yùn)算、最小二乘法,一般選擇最小二乘法。如圖5所示為匹配結(jié)果。

圖5　同名點(diǎn)匹配

3．4生成立體像對(duì)

根據(jù)匹配好的同名像點(diǎn)及控制點(diǎn),生成立體像對(duì),生成時(shí)顯示范圍為連接點(diǎn)范圍。這樣就可以從圖上直接量取窗戶的大小,或在立體像對(duì)上繪圖連線,再把量取的數(shù)據(jù)保存為?．dxf格式,在AutoCAD軟件下打開使用。如圖6所示為生成的立體像對(duì)。

圖6　立體像對(duì)

4　精度分析

通過以上處理過程解析的數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),點(diǎn)位清晰處,精度優(yōu)于5 cm,點(diǎn)位拍攝較差時(shí),精度優(yōu)于10 cm。為了驗(yàn)證精度,對(duì)該建筑進(jìn)行日照分析測(cè)試,分析軟件采用眾智軟件,設(shè)置時(shí)間采樣間隔5 min,高度角不限制,滿窗設(shè)置為左右端同時(shí)照到,采用窗戶比較分析法進(jìn)行測(cè)試,通過調(diào)整遮擋建筑,使測(cè)試窗戶在大寒日滿窗日照時(shí)間剛好為2 h,在規(guī)定的日照分析誤差時(shí)間在5 min,一層建筑窗戶點(diǎn)位誤差不大于10 cm時(shí),分析結(jié)果相同。所以,采用此解析方法在日照分析中是可以使用的。

5　結(jié) 語

(1)由于Image Master軟件是影像型三維掃描全站儀IS的組成部分,其影像數(shù)據(jù)處理不僅與控制點(diǎn)的間隔、個(gè)數(shù)有關(guān),也與掃描的點(diǎn)(連接點(diǎn))有關(guān)。所以,在使用該軟件應(yīng)用時(shí),選擇控制點(diǎn)及連接點(diǎn)的間隔、個(gè)數(shù),也關(guān)系到精度的高低、效率的高低。而且在處理控制點(diǎn)以外的范圍時(shí),其變形較大,不在同一平面上的點(diǎn)位變形較大。

(2)此項(xiàng)目的開展不僅解決了凹陽(yáng)臺(tái)內(nèi)窗戶的測(cè)量問題,也可以解決實(shí)際生產(chǎn)中不具備測(cè)量條件的特殊項(xiàng)目,如鐵路、工業(yè)化工等。

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The Application of the Software of Topcon Image Master in the Sunshine Analysis

Zhang Qiang1,2,Wu Dapeng1,2
(1．Ji′nan Geotechnical Investigation and Surveying Institute,Ji′nan 250013,China; 2．Shandong Engineering Technology Research Center of Urban Spatial Information,Ji′nan 250013,China)

Abstract:In the development of sunshine analysis in Ji′nan,measurement of windows in balcony is a classic problem．In this article,one method to address this difficulty is to introduce a combination of the software of Topcon Image Master and digital camera．In detail,the working principle,project application,accuracy analysis and problem existing in this study are explained,which could help solve practical problems and provide new thoughts for related projects in the future．

Key words:sunshine analysis;image master;measurement of Windows

文章編號(hào):1672-8262(2015)04-96-03中圖分類號(hào):P234．1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

收稿日期:?2015—03—16

作者簡(jiǎn)介:張強(qiáng)(1979—),男,工程師,注冊(cè)測(cè)繪師,主要從事工程測(cè)量及GPS測(cè)量技術(shù)工作。