高 平

（山東港通智匯信息技術(shù)有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

傳統(tǒng)的裝配式建筑定位方法通常依賴于人工測量或者傳感器的使用，其存在定位精度不高、效率低下的問題[1-3]。而近景攝影技術(shù)是在電子信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種非地?cái)z影測量技術(shù)，擺脫了傳統(tǒng)解析攝影測量儀器的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)近距離（＜100 m）對(duì)目標(biāo)體的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，并對(duì)幾何圖形實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的處理，近景攝影測量技術(shù)以其非接觸、高精度、高效率的特點(diǎn)，成為了一種有效的定位手段和較高精度的測量方法，在裝配式建筑定位中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[4]。

結(jié)合實(shí)際工程案例，研究提出了2 個(gè)近景攝影測量裝配式建筑定位關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用現(xiàn)場實(shí)測的手段，分析了近景攝影技術(shù)的測量精度，研究成果可為裝配式建筑構(gòu)件的定位施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

山東省煙臺(tái)市某地塊二標(biāo)段裝配式建筑項(xiàng)目建筑面積177 052.31 m2，地下室建筑面積65 561.33 m2，地上建筑面積111 490.98 m2。地上建筑包括疊墅30 棟（34#～63#）、聯(lián)排（86#～101#）16 棟，均為裝配整體式框架剪力墻結(jié)構(gòu)。工程設(shè)計(jì)裝配率為50%，其中裝配式主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括預(yù)制剪力墻、預(yù)制疊合樓板兩種，其中預(yù)制剪力墻板總計(jì)9 498.75m3，疊合板總計(jì)4 110.8m3。預(yù)制構(gòu)件混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為C30，其中疊合板有60 mm厚、70 mm 厚兩種規(guī)格。預(yù)制剪力墻連接方式為在下層板面施工時(shí)現(xiàn)澆混凝土反坎，預(yù)留灌漿孔內(nèi)插筋，待上部墻體安裝完成后，封倉灌漿封閉；疊合板預(yù)留鋼筋與上部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)錨固連接。研究項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件數(shù)量巨大、種類多，對(duì)施工階段現(xiàn)場構(gòu)件裝配定位精度提出了很大的挑戰(zhàn)。

2 近景攝影測量的基本原理及設(shè)備選型

2.1 近景攝影測量的基本原理

近景攝影技術(shù)是在電子信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種非地?cái)z影測量技術(shù)，它是攝影測量與遙感學(xué)科的一個(gè)分支，與傳統(tǒng)的測量定位方法相比具有測量精度高、測量成本低、便攜性高、測量采樣率和數(shù)字化程度高的特點(diǎn)[5-7]，如表1 所示。近景攝影技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)解析攝影測量儀器的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)近距離（＜100 m）對(duì)目標(biāo)體的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，并對(duì)幾何圖形實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)化的處理，可確定測量目標(biāo)體的形狀、大小、性質(zhì)和位置。就近景攝影測量技術(shù)而言，其具有獨(dú)特的測量特點(diǎn)，它是一種基于數(shù)字信息與數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)、自控技術(shù)的手段，能夠在瞬間捕獲目標(biāo)物體的大量物理信息和幾何信息，不僅適用于靜態(tài)物體，也適用于動(dòng)態(tài)物體，以非接觸手段獲取的信息存儲(chǔ)在數(shù)字圖像載體中，并被重復(fù)調(diào)用和處理，提供相當(dāng)高的精度和可靠性的測量成果，對(duì)應(yīng)用于裝配式建筑的高精度定位要求就有良好的適應(yīng)性[8]。

表1 不同施工測量定位方法的性能比較及適用對(duì)象

近景攝影測量技術(shù)的基本原理為光學(xué)成像原理，在設(shè)定參數(shù)條件下，非測量用數(shù)碼相機(jī)（普通相機(jī)）對(duì)目標(biāo)物體的光學(xué)影像獲取，建立目標(biāo)點(diǎn)、成像點(diǎn)之間的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系如公式（1）所示[9]。

式中，f為主距；（x，y）為成像點(diǎn)在像平面中的坐標(biāo)；（x0，y0）為像主點(diǎn)在像平面中的坐標(biāo)；（X，Y，Z）為物點(diǎn)在物三維空間中的坐標(biāo)；（XS，YS，ZS）為攝影中心在物三維空間中的坐標(biāo)；ai、bi、ci 為旋轉(zhuǎn)矩陣元素。

2.2 近景攝影測量的設(shè)備選型

近景攝影測量選用的攝影設(shè)備為佳能公司生產(chǎn)的EOS-5D 型單反數(shù)碼相機(jī)，其感光器件為CMOS，感光器件尺寸為35.8 mm×23.9 mm，最大像素為1 330 萬像素，有效像素為1 280 萬像素，最高分辨率為4 368 像素×2 912 像素，圖像分辨率為43 68 像素×2 912 像素、3 168 像素×2 112 像素、2 496 像素×1 664 像素，相機(jī)焦距為35mm，徑向畸變系數(shù)為3.00×10-9像素，徑向畸變系數(shù)為-1.24×10-16像素，偏心畸變系數(shù)為-5.33×10-8像素，光學(xué)變焦倍數(shù)可根據(jù)鏡頭選定，鏡頭性能為佳能EF 系列鏡頭，快門采用電子控制，為縱走式焦平面快門，快門的速度為30～1/8 000 s，等效感光度為自動(dòng)ISO 100～1 600，存儲(chǔ)介質(zhì)為CF 卡，圖像存儲(chǔ)格式為JPEG、RAW、JPEG+RAW。

3 基于近景攝影測量成果的裝配式建筑構(gòu)件追蹤定位技術(shù)

裝配式建筑構(gòu)件的追蹤定位的核心功能是對(duì)現(xiàn)場裝配階段構(gòu)件的空間信息進(jìn)行創(chuàng)建、存儲(chǔ)、采集、傳遞和共享。近景攝影測量應(yīng)用于裝配式建筑構(gòu)件追蹤定位領(lǐng)域時(shí)，需要先在裝配式建筑構(gòu)件上布置可識(shí)別的標(biāo)志物，如二維條形碼或二維碼，利用攝影儀器（攝像機(jī)或云臺(tái)）對(duì)建筑物進(jìn)行拍攝，利用圖像中的特征點(diǎn)或標(biāo)志物進(jìn)行空間三角測量，對(duì)相鄰影像的匹配，分析裝配式建筑構(gòu)件上標(biāo)志物的位置和姿態(tài)，從而獲取建筑物的三維坐標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑構(gòu)件的追蹤和定位。這一過程中，為得到建筑物在三維空間中的精確位置，需要進(jìn)行影像的去畸變處理、相鄰影像的匹配等步驟?；诮皵z影測量成果的裝配式建筑構(gòu)件追蹤定位技術(shù)信息流如圖1 所示。

圖1 基于近景攝影測量成果的裝配式建筑構(gòu)件追蹤定位技術(shù)信息流

在裝配式建筑數(shù)據(jù)庫中，存儲(chǔ)了裝配式構(gòu)建的所有屬性信息，包括構(gòu)件類型、材料屬性、構(gòu)件尺寸、構(gòu)件狀態(tài)、構(gòu)建位置、構(gòu)件力學(xué)參數(shù)等，這些數(shù)據(jù)是構(gòu)件追蹤定位技術(shù)鏈的首要條件，通過近景攝影技術(shù)獲取的構(gòu)件現(xiàn)場實(shí)體空間坐標(biāo)信息，可以運(yùn)用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和追蹤定位技術(shù)與這些屬性信息建立關(guān)聯(lián)。

4 基于近景攝影測量成果的裝配式建筑構(gòu)件條形碼定位解析技術(shù)

在裝配式建筑構(gòu)件的拼裝施工中，為了獲得的待測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，基于近景攝影技術(shù)對(duì)待測點(diǎn)的特征具有一定的要求，比如表面具有紋理或者可識(shí)別的明顯特征，然而現(xiàn)實(shí)的情況是拼裝過程中存在不可通視或者隱蔽情況，在被拍攝物體上建立固定的控制點(diǎn)，不僅不能滿足被測物體隨時(shí)變化的要求，而且在每個(gè)待測點(diǎn)周圍布置控制點(diǎn)也加大工作強(qiáng)度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在測量范圍和測量時(shí)間增加的同時(shí)，導(dǎo)致固定控制點(diǎn)標(biāo)志也和像片數(shù)量急劇增加，給近景測量的解譯帶來出錯(cuò)的概率。編碼技術(shù)則可避免以上現(xiàn)實(shí)問題，同時(shí)由于編碼標(biāo)志帶有數(shù)字編碼信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)值水準(zhǔn)測量的自動(dòng)化。在近景攝影測量技術(shù)中，對(duì)條形碼編碼的解釋十分關(guān)鍵，其解碼的關(guān)鍵技術(shù)流程如圖2 所示。

圖2 基于近景攝影測量成果的裝配式建筑構(gòu)件條形碼定位解析技術(shù)流程

5 裝配式建筑施工中近景攝影定位技術(shù)精度分析

為了驗(yàn)證近景攝影定位技術(shù)的施工精度，在項(xiàng)目施工過程中運(yùn)用全站儀測量技術(shù)進(jìn)行平行試驗(yàn)，對(duì)比兩者的定位誤差，測量結(jié)果如表2 和圖3所示。從圖3 中可以看出，裝配式建筑施工基于近景攝影技術(shù)和全站儀測量技術(shù)的定位誤差范圍均居于±10 mm 之間，滿足裝配誤差要求；近景攝影技術(shù)和全站儀測量技術(shù)的定位誤差頻率存在明顯不同，近景攝影技術(shù)的定位誤差主要集中于±4 mm，而全站儀測量技術(shù)的定位誤差主要集中于-10～-4 mm和4～8 mm，在±4 mm之間的頻數(shù)較小，由此表明，近景攝影技術(shù)具有比全站儀測量技術(shù)更高的定位精度。

圖3 近景攝影技術(shù)與全站儀測量技術(shù)的定位誤差頻數(shù)分布

表2 裝配式建筑施工基于近景攝影技術(shù)與全站儀測量技術(shù)的定位誤差對(duì)比

6 結(jié)語

以山東省煙臺(tái)市某地塊二標(biāo)段裝配式建筑項(xiàng)目為研究對(duì)象，在分析近景攝影技術(shù)的原理基礎(chǔ)上，確定了攝影設(shè)備，并提出了2 種施工關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用現(xiàn)場實(shí)測的手段，研究了近景攝影技術(shù)的測量精度。得到以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）提出了基于近景攝影測量成果的裝配式建筑構(gòu)件追蹤定位技術(shù)、基于近景攝影測量成果的裝配式建筑構(gòu)件條形碼定位解析技術(shù)，有效解決了裝配式建筑構(gòu)件施工中三維坐標(biāo)獲取困難和精度不足的問題。

（2）對(duì)比近景攝影技術(shù)和全站儀測量技術(shù)的定位誤差，結(jié)果表明兩者的定位誤差范圍均居于±10 mm 之間，滿足裝配誤差要求；近景攝影技術(shù)的定位誤差主要集中于±4 mm，而全站儀測量技術(shù)的定位誤差主要集中于-10～-4 mm 和4～8 mm，近景攝影技術(shù)具有比全站儀測量技術(shù)更高的定位精度。