馮建龍

(吉林省吉林輕工業(yè)設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 吉林　132013)

?

基于數(shù)碼技術(shù)的施工側(cè)面面積計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究

馮建龍*

(吉林省吉林輕工業(yè)設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 吉林132013)

摘要：基于對(duì)工程計(jì)算量較大的施工建筑側(cè)面面積計(jì)算方法的革新，采用了新型的數(shù)碼技術(shù)與傳統(tǒng)的鋼尺量距和免棱鏡全站儀坐標(biāo)測(cè)量方法比較，結(jié)合數(shù)碼技術(shù)的施工側(cè)面面積計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)據(jù)精度對(duì)比分析，得到了數(shù)碼技術(shù)在一定條件下可以取代鋼尺量距和免棱鏡全站儀坐標(biāo)測(cè)量方法用于工程計(jì)算量較大的施工建筑側(cè)面面積計(jì)算，為工程計(jì)算量較大的施工側(cè)面面積計(jì)算進(jìn)一步提供經(jīng)濟(jì)、有效的方法。

關(guān)鍵詞：建筑物側(cè)面面積；數(shù)碼技術(shù)；像片糾正；精度分析

1引言

目前，建筑物施工側(cè)面面積的測(cè)量方法，主要采用鋼尺量距，全站儀法、手持激光測(cè)距儀、激光掃描儀法。隨著攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展，為該技術(shù)在建筑物施工側(cè)面面積測(cè)量中應(yīng)用提供了可能。為此本文闡述了數(shù)碼技術(shù)進(jìn)行建筑物施工側(cè)面面積測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方案，并與采用鋼尺量距和免棱鏡全站儀坐標(biāo)測(cè)量方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明：該方法是可行的。

2傳統(tǒng)方法的測(cè)量面積

采用鋼尺量距與全站儀懸高測(cè)量的方法。

鋼尺量距：用30 m鋼尺對(duì)設(shè)計(jì)的目標(biāo)建筑物側(cè)面的底邊線，窗體、門的外圍進(jìn)行測(cè)量，用鋼尺量距時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)鋼尺量距時(shí)，所拉的鋼尺要沿著建筑物側(cè)面的底邊線進(jìn)行測(cè)量，不應(yīng)偏離底邊線。

(2)普通鋼尺量距的精度用相對(duì)誤差來評(píng)定，其相對(duì)誤差為：

(1)

(3)根據(jù)房屋測(cè)量規(guī)范，在測(cè)量房屋邊長(zhǎng)時(shí)，往往出現(xiàn)被測(cè)量長(zhǎng)度大于鋼尺測(cè)量范圍，這就需要分段測(cè)量邊長(zhǎng)，房屋分段邊長(zhǎng)之和與總邊長(zhǎng)之差△L不超過：

(2)

式中：n為房屋的邊長(zhǎng)分段數(shù)，Li為分段測(cè)量邊長(zhǎng)i=1，2，3，……n。

全站儀懸高測(cè)量：所謂懸高測(cè)量是指測(cè)定空中某點(diǎn)至特定某個(gè)面(一般為地平面)的高度。首先把全站儀安置于適當(dāng)位置，并選定懸高測(cè)量模式后，把反射棱鏡設(shè)立在預(yù)測(cè)高度的目標(biāo)點(diǎn)C的天底B(即過目標(biāo)點(diǎn)C的鉛垂線與地面的交點(diǎn))處，輸入反射棱鏡高v；然后照準(zhǔn)反射棱鏡進(jìn)行測(cè)量；再轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)C，便能實(shí)時(shí)顯示出目標(biāo)點(diǎn)C至地面的高度H。

H=h+v=Scosα1tanα2-Ssinα1+v

(3)

式中：S為全站儀至反射棱鏡的斜距；α1和α2分別為儀器至反射棱鏡和目標(biāo)點(diǎn)的豎直角。

根據(jù)鋼尺量距所測(cè)得長(zhǎng)度與全站儀懸高測(cè)量的高度，先用表格計(jì)算目標(biāo)建筑物側(cè)面的總面積，然后計(jì)算建筑物側(cè)面中包括的窗體和門的面積，并將窗體和門的面積扣除，得到建筑物側(cè)面的面積。

3數(shù)碼技術(shù)測(cè)量面積

采用數(shù)碼技術(shù)進(jìn)行建筑物施工側(cè)面面積測(cè)量主要包括數(shù)碼攝影、CASS圖像糾正和CASS成圖幾部分，其中數(shù)碼攝影是關(guān)鍵。

3.1數(shù)碼攝影

為了考察不同攝影角度對(duì)面積的影響，采用尼康L20和富士S1770兩種數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)，計(jì)了如下攝影方案：

方案一：相同距離，不同角度的拍攝，在建筑物中垂線位置處和據(jù)中垂線左右各偏10°、20°、30°位置處進(jìn)行拍攝。

方案二：相同角度，不同距離的拍攝，在建筑物中垂線方向上，據(jù)拍攝目標(biāo)的距離分別為 25 m、 35 m、 45 m、 55 m、 65 m處拍攝。

方案三：同一位置，不同相機(jī)進(jìn)行拍攝，采用兩種數(shù)碼相機(jī)在相同的位置進(jìn)行拍攝同一目標(biāo)。

方案四：同一建筑物側(cè)面，不同天氣進(jìn)行拍攝。在晴天和陰天進(jìn)行對(duì)同一目標(biāo)的拍攝。

3.2CASS軟件圖像糾正和面積計(jì)算

由于原數(shù)據(jù)是數(shù)碼相片，所以對(duì)圖像進(jìn)行糾正的第一步就是插入數(shù)碼相片。插入數(shù)碼相片的方法是點(diǎn)擊CASS的菜單[工具]→[光柵圖像]→[插入圖像]，彈出對(duì)話框———圖像管理器。點(diǎn)擊[附著]，出現(xiàn)[選擇圖像文件]的對(duì)話框。按照路徑選擇要處理的數(shù)碼相片。在出現(xiàn)的[圖像]對(duì)話框中，可以按指定西南點(diǎn)的坐標(biāo)，特別注意的是屏幕X坐標(biāo)為光柵圖像西南點(diǎn)的Y坐標(biāo)，屏幕Y坐標(biāo)為光柵圖像西南點(diǎn)的X坐標(biāo)；圖中的縮放比例要小于圖紙本身的比例；旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置為0。也可以不按指定西南點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行插入，則需要在CASS中的任意處點(diǎn)擊插入，選擇縮放比例，數(shù)碼圖片在CASS中插入完畢。下面將會(huì)處理數(shù)碼圖片。

坐標(biāo)網(wǎng)格繪制：根據(jù)鋼尺量距得到建筑物的長(zhǎng)度L和全站儀懸高測(cè)量得到建筑的高度H，在CASS中繪制坐標(biāo)網(wǎng)格(L×H的矩形網(wǎng)格)，進(jìn)行圖像糾正。方法是用多段線在正交狀態(tài)下畫一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)網(wǎng)格。

選擇控制點(diǎn)，對(duì)圖像進(jìn)行糾正：插入光柵圖像，進(jìn)行上述一系列操作之后，就可以進(jìn)行圖像糾正了。用[工具]下拉菜單的[光柵圖像]→[圖像糾正]對(duì)圖像進(jìn)行糾正。在選擇要糾正的圖像時(shí)，要選擇掃描圖像的最外框，這時(shí)會(huì)彈出圖像糾正對(duì)話框。

選擇相應(yīng)的糾正方法：不同的糾正方法選擇已知控制點(diǎn)的數(shù)量不同，常用的是“l(fā)inear”(線性)糾正法。點(diǎn)擊“圖面：”一欄中“拾取”按鈕，回到光柵圖，局部放大后選擇角點(diǎn)或已知點(diǎn)，此時(shí)自動(dòng)返回糾正對(duì)話框，在“實(shí)際：”一欄中點(diǎn)擊“拾取”，再次返回光柵圖，選取控制點(diǎn)圖上實(shí)際位置，返回圖像糾正對(duì)話框后，點(diǎn)擊“添加”，添加此坐標(biāo)。完成一個(gè)控制點(diǎn)的輸入后，依次拾取輸入各點(diǎn)，最后點(diǎn)擊糾正。

圖像的縮放：縮放的目的就是數(shù)碼圖像中參考物的長(zhǎng)度與實(shí)際參考物的長(zhǎng)度一致。具體方法是：計(jì)算縮放比例因子，選擇數(shù)碼圖像，選擇縮放功能，指定基點(diǎn)(重合的點(diǎn))為平移后的圖框右下角點(diǎn)，輸入縮放比例因子，按下回車即可。

圖像的編輯：利用CASS中的多段線，將數(shù)碼相片中的窗體、門、墻體等外圍和邊框畫出，以便于面域的選擇和圖案的填充，扣除窗體、門的面積得到建筑物的側(cè)面面積。

在CAD中創(chuàng)建面域：在CASS中空白處右擊，點(diǎn)擊選項(xiàng)，出現(xiàn)[選項(xiàng)]對(duì)話框，在配置中將CASS切換成CAD狀態(tài)。在CAD中的[繪圖]下拉菜單里選擇[面域]，選擇對(duì)象將對(duì)象框住。按回車，形成面域。

圖案填充：在CAD中的[繪圖]下拉菜單里選擇[圖案填充]，會(huì)出現(xiàn)[圖案填充]的對(duì)話框。在[圖案填充]的對(duì)話框中進(jìn)行圖案、樣例的選擇，點(diǎn)擊添加：選擇對(duì)象按鈕，選擇對(duì)象，框起對(duì)象，會(huì)返回[圖案填充]的對(duì)話框，按下確定按鈕，填充完成。

查看面積：選中填充的圖形，點(diǎn)擊對(duì)象特征，查看填充的面積。

4實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

用傳統(tǒng)方法測(cè)量所計(jì)算的面積稱為手算面積，將手算面積作為高精度實(shí)測(cè)面積，相差面積是數(shù)碼技術(shù)所測(cè)算的面積與手算面積的相差值。

經(jīng)過利用CASS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)中數(shù)碼相片處理，得到了如下的對(duì)比數(shù)據(jù)：

4.1方案一結(jié)果分析

表2是相同距離(半徑大約30 m)，不同角度數(shù)碼相機(jī)拍攝的對(duì)比數(shù)據(jù)(相機(jī)為富士S1770)。

表3是相同角度(與建筑物垂直的方向)，不同距離的拍攝的對(duì)比數(shù)據(jù)(相機(jī)為富士S1770)。

4.3方案三結(jié)果分析

表4同一位置，不同數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝的對(duì)比數(shù)據(jù)。

4.4方案四結(jié)果分析

表5是同一目標(biāo)，不同天氣拍攝的對(duì)比數(shù)據(jù)(相機(jī)為富士S1770)。

5結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：數(shù)碼技術(shù)的方法用于工程施工側(cè)面的面積測(cè)算是可行的，此方法可以滿足工程的精度需求，用于工程實(shí)踐。此方法是用數(shù)碼技術(shù)和CASS軟件成圖等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的，可以避免傳統(tǒng)方法對(duì)工程施工側(cè)面中的窗體、門等余外面積的處理，節(jié)省了這部分的測(cè)算的時(shí)間和費(fèi)用，提高了工程的效率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的研究分析和對(duì)比的數(shù)據(jù)，可以看出以下幾點(diǎn)：

(1)在距離相同的情況下，拍攝角度與拍攝目標(biāo)的垂直平分線偏離越小，精度越高。

(2)在角度相同的情況下，拍攝位置到拍攝目標(biāo)的各角點(diǎn)距離越相等，精度越高。

(3)不同數(shù)碼相機(jī)拍攝相同的目標(biāo)時(shí)，數(shù)碼相機(jī)的性能越高，精度也越高。

(4)不同天氣，拍攝同一目標(biāo)時(shí)，光線越明亮，精度越高；反之，光線越暗，精度越差。

參考文獻(xiàn)

[1]袁玉珠，鄒為彬. 淺談運(yùn)用CASS軟件對(duì)圖像進(jìn)行幾何糾正的方法[J]. 黑龍江科技信息，2008(35)：76.

[2]魏明果，劉德富，王仁明等. 基于普通數(shù)碼相機(jī)全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的理論與方法[J]. 大壩觀測(cè)與土工測(cè)試，2000(3)：51～54.

[3]苗紅杰，趙文吉，劉先林. 數(shù)碼相機(jī)檢校和攝像測(cè)量的部分問題探討[J]. 首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版，2005(1)：117～120.

[4]熊清源，茍永學(xué)，趙雪靈. 建筑面積計(jì)算的新規(guī)范與舊規(guī)則比較[J]. 山西建筑，2006(1)：20～21.

[5]項(xiàng)鑫. 利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行近景攝影測(cè)量試驗(yàn)及精度探討[J]. 中州煤炭，2010(6)：50～51.

Based on the Construction Flank Area of the Digital Technology Calculation Experimental Research

Feng Jianlong

(Jilin，Jilin Institute of Light Industry Co.，Ltd. Jilin 132013，China)

Key words：the side of the building area；digital technology；photograph corrected；accuracy analysis

Abstract：Based on innovation of the calculation methods of building construction side area，we compared the new digital technology and traditional ruler span and Prism Total Station Coordinate measurement，combined with digital technology in the construction of the side area of experimental research and comparative analysis of data accuracy. We conclude that the digital technology can replace taped measurement and Prism total station coordinate surveying method to calculate the lateral area of large building construction，which provided further economic and effective methods to calculate the lateral area of large building construction.

文章編號(hào)：1672-8262(2016)03-134-03

中圖分類號(hào)：P234.1，P258

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

*收稿日期：2016—01—06

作者簡(jiǎn)介：馮建龍(1989—)，男，助理工程師，現(xiàn)主要從事工程測(cè)量技術(shù)工作。