基于全站仪的古建筑立面图测绘及数据处理

基于全站仪的古建筑立面图测绘及数据处理

摘要：随着社会经济的发展，城市的旧城改造已经不再只是大拆大建了，运用城市设计手法的旧城改造,通过有选择性地对城市环境的内部功能、建筑、空间、环境等进行必要的调整和改变,注重保护历史建筑与历史街区、留存城市文化、延续城市底蕴,达到引导城市发展、恢复城市活力、改善城市环境的目的。

关键词：全站仪;测绘;数据处理

Abstract: with the development of social economy, the city is no longer just big reconstruction of demolishing old buildings, urban design techniques using urban renewal, through the selectively to the urban environment internal functions, building, space, environment and other necessary adjustment and change, pay attention to the protection of historical and architectural and historical blocks and capture the city culture, and extended city inside information to guide urban development, restore the urban energy, improve the urban environment purpose.

Keywords: tachometer; Surveying and mapping; Data processing

1.引言

佛山名镇项目创造性地提出“神态、形态、生态、业态和生活状态的五态融合”，让古镇古城保护与开发既成为城市转型、产业升级的载体，更成为市民幸福生活的依托。改造规划中要求修复古建筑，恢复岭南文化街区，工程中一项很重要的前期工作就是将这些古建筑物的外墙立面测绘成图，以供设计规划参考。本单位承担了此项任务。

2．建筑立面图的施测方法

建筑立面图，是将建筑的不同侧表面，投影到铅直投影面上而得到的正投影图。它主要表现建筑的外貌形状，反映屋面、门窗、阳台、雨篷、台阶等的形式和位置，建筑垂直方向各部分高度，建筑的艺术造型效果和外部装饰做法等。一般分为正立面、背立面和侧立面，也可按建筑的朝向分为南立面、北立面、东立面、西立面等。

建筑立面图的测绘，最初级的方法是用竹竿和皮卷尺、铅垂球等来测量高度和长度等数据然后成图。随着精度及效率要求的提高，这样的初级方法早已被摒弃，现在常用的方法有全站仪测量、三维激光扫描仪测量和近景摄影测量。

常规全站仪测量，用带免棱镜测量功能的全站仪测量建筑物立面上特征点的三维坐标，通过计算机软件处理转换为建筑物立面平面上的坐标，编辑后得到建筑物立面图。

三维激光扫描测量，是利用三维激光雷达获取目标空间三维点坐标及灰度信

息的一种高新测绘技术，它利用激光扫描装置自动、系统、快速获取对象表面的三维坐标，是一种高精度的测量手段，其单点定位精度在微米至厘米之间。激光扫描与传统的单点测量不同，可以获取被扫对象表面成千上万个空间点的三维坐标。相对于传统的文物测绘方式，三维激光扫描技术有如下优势：非接触式（无损，对文物和人均安全）；数据全面、生动；精度高；采集速度快；直观性及现势性强；可全天候作业等。

近景摄影测量，采用空间交会三角测量模型，在近距离（一般指100米以内）拍摄目标图像，经过加工处理，确定其大小、形状和几何位置的技术，是一种非接触性量测手段，不伤及测量目标，不干扰被测物的自然状态，瞬间获取被测物体大量的物理信息和几何信息，又基于严谨的理论和现代化的数据处理软件，可大大提高作业效率和测量精度。

3.方法选择

三种立面测量方法的优劣比较

结合测区的实际状况：测区面积近九千亩，其中需要测量立面的古建筑三百多间，分散在十几条窄小的街巷中，多数都很破旧，多有招牌雨蓬等异物遮挡，不适宜车辆通行和正面拍照，所以三维激光扫描测量和近景摄影测量两种方法显然都不适合，我们确定了用全站仪的无棱镜测量来完成这次立面测量工作。

4.外业测量

因为已有此片区现势性很好的1：500地形图，所以无需做控制，可以自由设站。开启全站仪的无棱镜模式，瞄准建筑物外墙的各个特征点测量其三维坐标。在狭小的街巷，人工无法通过望远镜瞄准目标，可以开启激光指示器瞄准。有的建筑立面由于有异物遮挡，或者是太高等原因，无法用一个测站测完，可以用多个测站完成，数据处理时再将多个测站的数据拼接。

外业测量中另一项重要的工作就是草图记录，以方便后期的图形编辑。如果象普通地形测量一样画草图记录,因为古建筑的复杂性而会非常费时。我们的做法是事先对需要测绘的古建拍照，然后将照片在photoshop下做腿色，抽稀等处理，再将照片打印出来作为草图，经过photoshop处理后的照片是黑白的，与彩色的照片比起来更方便记录,还可以节约打印耗材。

5.数据处理

测量完毕后将数据导出在CAD中处理，数据处理的重点就是如何将全站仪测得的平面图转化为立面图。

按普通的做法，展点后得到的是平面图，不是我们所需要的立面图。可以利用CAD2007自带的三维视图功能作旋转得到立面视图，但是经过旋转后的数据的点号注记也变成了一个点，无法目视判读，由于古建筑物的立面测量很精细，没有点号注记会给后面的图形编辑工作带来很大困难。有一个解决方法，将这些注记再导入到其它的软件处理，然后再导回CAD，不过这样会增加步骤降低效率。

通过以上分析，要得到立面图，需要对数据做下面三步处理：

图1立面示意图

建筑立面是个竖直方向的面，因此只要确定它的水平方向就可以确定这个立面，如图1

所示，确定了立面的X轴就可以确定这个立面了。我们确定立面的X轴的方法就是在测量时在这个立面上测2个水平方向的点，这两个点的连线即是立面的X轴。

确定了立面的X轴后，将数据的X轴旋转到立面的X轴。如图所示，这两个X轴是不一致的，如果不对数据做这步旋转处理，绘出来的立面图的X方向上的长度实际是（θ为两个X轴的夹角）。

数据旋转完后，数据的Y轴垂直于立面，再交换数据的Y、Z坐标，将数据展开就得到了立面图。

6.CAD编程

以上过程比较繁琐，我们在AOTUCAD下编程处理，只要根据程序提示输入确定立面的两个点号，程序即可完成旋转，交换Y、Z坐标，展点等工作。

程序如下：

……

/*定向点号输入*/

(setq p1 (getstring “请输入房屋定向点号（左侧）:”))