免棱镜全站仪+AutoCAD测绘建筑物立面图

免棱镜全站仪+AutoCAD测绘建筑物立面图【摘要】利用免棱镜全站仪采用自由设站法采集建筑立面特征点三维坐标（n，e，h），由于全站仪采集的是一个立面上的数据，在autocad软件中展点后，点密集而混乱，无法顺利进行三维建模。

本文介绍一种把观测数据经投影变换后由三维变成两维，直观地显示立面正射投影图的方法，以日照分析立面图测绘为例，介绍施测方法和步骤，说明该方法行之有效，经济简捷高效，具有一定的实用性。

【关键词】免棱镜；全站仪；立面图 coord通讯程序；autocad 近年来，随着经济高速发展，城市变化日新月异，无论是在旧有建筑立面整治还是建筑物日照分析都要求得到建筑物的详细资料，其中建筑物立面图是必备资料之一。

在立面图测绘过程中，由于建筑立面十分复杂，形状各式各样，一幢房屋一般有四个立面，特别是居民聚集区，一幅地块所采集到立面数据量不亚于一副地形图数据量。

而传统地形图测绘中通常不涉及立面图测绘，而且目前常见测绘软件是基于两维，要进行立面图测绘显得无从下手，因此有必要对此做出探讨。

测绘建筑物立面图传统方法是利用挑杆挂尺配合脚手架量取女儿墙、屋脊、檐口等高度，再配合钢卷尺量取每层层高，皮尺量取建筑物长度，利用立面几何关系绘制立面图。

这种方法优点在于投入的仪器设备少，不受场地影响，但所获得的测量数据少，费用高，精度低，效率低，遇到多层建筑、欧式建筑、受保护古建筑文物等则无能为力，不能满足实际立面图测绘需要[1]。

另一种方法是采用近景摄影测量，运用正直摄影，内业利用立体坐标量测仪，获取同名像点解算建筑立面特征点坐标。

这种方法优点在于获取立面信息丰富，不用接触建筑物，精度高等，但是投入仪器昂贵，需要专用摄像机，且内业解算要求技术高，在建筑密集区无法施测等缺点[2]。

免棱镜全站仪是近年来生产出来的一种新仪器，除了具备全站仪一般测量功能外，增加了免棱镜测量模式，其特点是在没有棱镜配合下进行远距离、无接触采集物体的三维坐标，其观测距离一般为300至500米，最远观测距离可达1.5公里。

免棱镜全站仪装备了一个可见红色激光发射器，观测时会在出现一个可见红色激光点，可以测定任何位置的可见目标，实现了可见即可测，由于没有棱镜误差，故观测精度高，结果准确可靠[3]。

全站仪自由设站法具有任意点安置，自由设站，无需控制点，无需测量仪器高和棱镜高，减轻劳动强度，节省野外时间，提高作业效率，被广大测绘工作者所接受一种测量方式。

利用免棱镜全站仪采用自由设站法无接触采集建筑物三维坐标、配合野外绘制草图或数码相机拍摄照片，内业数据处理后在autocad中展点成图，结合手持测距仪+钢卷尺丈量细部尺寸数据，绘制建筑物立面图。

在具体测绘过程中，选用了索佳set250rx免棱镜全站仪外业采集坐标并勾绘草图，内业数据传输并处理成立面坐标后，在autocad 中展点，再根据外业草图或拍摄的照片连点成图。

具体测量过程见图1所示。

1 外业坐标采集1.1选择测站由于建筑物一般坐南朝北，成四方形，我们一般情况下围绕建筑物测绘四个立面图，选择设站点时，注意不要太靠近建筑物，以免在用全站仪观测建筑物顶部时，因仰角过大导致实测困难，甚至无法观测。

通过现场观察，目测建筑物高度或者数层数估计建筑物高度，根据经验，在距建筑物2-3倍建筑高度处安置仪器高度测量精度最佳。

由于架设仪器距离建筑物小于200米，所以不必考虑大气折光和地球曲率的影响。

1.2立面特征点三维坐标采集野外立面测量其实与一般地形图测绘一样，都是架设全站仪采集坐标。

由于立面图所反应的是房屋墙体附属构件（门、窗、雨篷、阳台等）特征点在立面上的位置（d）和高度（h），所以不需要测得大地坐标。

在坐标数据保存过程中，有必要对点号编辑，比如是窗户特征点在点号前加c，是门的点号前加m，是阳台的点号前加y，这样做的目的在于方便内业连线。

在开始测量时，注意在免棱镜模式下将目标高的设置为零，这时需要持镜员在室内地坪处竖直花杆，观测棱镜，记下室内地坪高度读数，然后再将目标高修改为刚测到高度，瞄准特征点测量得到的高度即为相对于室内地坪高差。

1.3绘制野外草图手工现场绘制立面草图，在草图上标注特征点点号，如果条件允许的话最好使用高像素的数码相机，对被测立面拍照，以便于内业编绘时参照检查。

用钢卷尺、皮尺丈量每栋建筑物室内外墙体，门窗、台阶等详细尺寸，绘制局部大样草图。

2 内业数据处理全站仪采集的是三维坐标数据（n，e，h），在autocad软件中只能看到二维平面坐标（n，e），而立面图上反应的是在投影坐标系下水平距离d和高度h，所以全站仪采集回来的数据不能直接使用，需要进行转换，即将三维坐标（n，e，h）转换立面坐标（h，d）。

2.1 建立投影面首先定义一个铅直的、与建筑物山墙面平行的投影面，将山墙上所有特征点都投影到这个面上而得到的建筑立面图，建立投影坐标轴——立面坐标系。

以如图2所示建筑物为例建立如图3所示投影面在立面测量过程中，在建筑物前开阔地方架设全站仪，对中整平，观测室内地坪处棱镜，在仪器端修改棱镜高后，观测山墙面o、o’和a三点，a1点为a点在水平面noe坐标系中的投影点，以oo’为竖轴x，以oa1为水平轴y，建立了xoy坐标系为投影坐标系。

2.2 计算水平距离d在立面图特征点坐标采集过程中，仪器分别观测o点、o’点和a点，得到相应三个点三维坐标（no、eo、ho），（no’、eo’、ho’），（na、ea、ha），其中a1点在水平面noe坐标系中平面坐标（na、ea）。

如图4所示b点为南面阳台一角点，b1为其在水平面内的投影点，现在如何求得b点在投影坐标系xoy中的坐标，关键是如何求取投影点b1在oy轴上长度d。

由几何关系得到：2.3利用coord将数据导入excel中coord是索佳全站仪数据编辑通讯程序，主要用于索佳全站仪与计算机之间数据交换。

用通讯电缆连接全站仪和计算机，启动通讯程序，点击通讯程序工具栏的参数设置图标并将通讯参数设置成与仪器一致。

在通讯程序下点击工具栏的数据下载图标进入等待接受下载数据状态。

在仪器上选择内存，文件操作，通讯输出，将光标移动至待输出文件名上，按回车键，文件名右侧显示out后按ok 键，选择sdr33格式，选择观测数据后按回车键输出数据。

点击工具栏上转csv格式图标，点击菜单栏上文件，选择另存为后输入文件名. csv将坐标数据以csv格式保存，完成上述步骤后数据导入excel中就可以进一步编辑。

另一种方法：下载数据以文件名.log 格式保存，新建excel空白表，在工具菜单中选择【数据（d）】，【导入外部数据（d）】子菜单【导入数据…】，在选取数据源对话框中，选择刚保存好的数据.log，按对话框提示操作，也可以将数据导入excel中。

2.4观测高差h在立面图高度测量过程中，如图5所示，根据电磁波测距三角高程原理，得公式中s为平距，β为竖直角，为仪器高，为棱镜高或目标高。

注意公式④是有棱镜模式下观测，；公式⑤是无棱镜模式下观测，。

由公式⑥可知，为了使仪器直接显示高差h，再结合免棱镜全站仪有两种测量模式——有协作目标和无协作目标，当持镜员在室内地坪处竖直棱镜，观测员照准棱镜，观测读数，注意此时若是在有协作目标测量模式下，在观测室内棱镜前，需将仪器高和目标高都设置为零，观测棱镜后，记下刚测得的高度，再返回修改仪器高和目标高，分别设置仪器高为花杆高度，目标高为刚测到的高度，然后观测立面特征点，得到的高程数据即相对于室内地坪的高差数据；若是在无协作目标测量模式下，观测前，仪器高可以输入假定高，目标高输入为零，观测室内地坪出棱镜后，记下刚测得的高度，在仪器端只修改目标高为刚得到高度，观测立面其它特征点得到的高程也是相对于室内地坪高差。

通过这样测量方法得到高度数据不需要进一步编辑，可以直接用于高程展点。

2.5数据编辑在excel中，将显示的数据中第二列插入两列空格列，将第五列数据剪切后粘贴第二列，在第一行插入一行空格行，从第一行第六列至第十二列依次输入n-n，e-e，s，tan ，，，，在第一行第二、第三列分别输入h和d。

如表1所示表中s为特征点与投影立面坐标系坐标原点的水平距离，单位为米；d为s在投影坐标轴上的投影距离，单位为米；α为坐标方位角，单位为度；θ为投影线与投影轴的夹角，单位为度。

表中各单元格计算公式见公式①-③。

需要说明是：投影坐标系xoy坐标原点o和oy轴指向的选择问题。

通常定义具有代表性主墙面为投影面，将墙左外侧线的顶端点的平面坐标定义为投影坐标系xoy坐标原点，墙左右外侧线顶端点平面坐标矢量oa’定义为oy轴。

2.6 在autocad中展点成图在上述表1编辑完成后，保留点号、h和d值，其他数据全部删除，另存为文本文件，通过展点程序，在autocad完成展点，如图6所示，数据经处理后非常直观地展现立面所有特征点在投影坐标系中位置关系，方便地连线成图，再配合局部大样草图，绘制建筑物附属构件详细尺寸，完成立面图后，在检查过程中，还要对照数码相机拍摄的高像素照片，保证所绘立面图与实地立面一致后，完成出图。

3 结束语本文利用免棱镜全站仪在测绘建筑物三维坐标中的优点，数学分析了测量基本公式，建立了如何由三维坐标向立面坐标转换模型，结合一般测量单位所拥有软硬件，完成了地形测绘所不涉及的立面图测绘，在实际工作中具有可行性和实际应用价值。

参考文献[1]王京卫，郭秋英，杨风雷.基于免棱镜全站仪的古建筑文物测绘方法[j].山东建筑大学学报，2011，26（2）：178-181.[2]伊晓东，王子茹.基于分区控制下的建筑物立面图测绘[j].大连理工大学学报，2004（3）：449-453[3]林立.免棱镜全站仪在已有建筑测绘中的应用方法[j].河北工业科技，2010，27（2）：105-108.。