7统(Z-system)在古建筑立面测绘中的应用

便携式三维数字化系统（Z-system）在古建筑立面测绘中的

应用

合肥市测绘设计研究院 汪俊

内容摘要：本文讲述了利用近景摄影测量方法对某镇古建筑群进行立面测绘的生产流程。重点介绍了近景摄影测量设备—便携式三维数字化系统（Z-system）的优点，特别是它在古建筑物立面测绘中所具有的优势。 关键词：近景摄影测量，三维模型，立面测绘 一、

前言

某旅游度假区由十甲明清街坊、院落、条石街道、界河及沿岸现代建筑组成，总用地约为177公顷，其中建设一期即古镇休闲度假区占地约15公顷，现有建筑面积约7万6千平方米，主要包括临街商铺、居住民宅。本次测绘的主要内容是古建筑物的立面图（每个建筑物单体至少两个立面：正立面与侧立面）、建筑物细部大样图、建筑物平面图。图纸比例尺为1:100。

测区现有测绘资料1:500地籍图，由于老街建筑属于保护范围，地籍图上建筑物基本现状，可用于本次测绘需要。 二、

作业方法选择

古建筑立面测绘常用的方法包括常规测量方法、三维激光扫描仪测量和近景摄影测量三种。其中常规测绘采用的仪器是带激光测距的全站仪，测量建筑物立面上特征点的三维坐标，通过计算机处理转换为建筑物立面平面上的坐标，编辑处理后得到建筑物立面图。三维激光扫描仪是利用条状激光三维激光扫描仪对输入对象进行扫描，使用CCD相机接受其反射光束，根据三角测距原理获得与拍摄物体之间的距离，进行三维数据化处理。近景摄影测量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物理信息和几何信息，有基于严谨理论和现代软件，可大大提高作业效率及测量精度。由于三维激光扫描仪价格昂贵，建筑物立面图要经过对点云数据处理后才能获取，因此，此次古建筑物立面测绘采用近景摄影测量方法，近景摄影测量设备选用武汉大学电子信息学院的便携式三维数字化系统（Z-system）

便携式三维数字化系统（Z-system）是一个高效率的信息获取工具, 该系统采用目前国际上流行的信息获取工具CCD传感器作为信息获取工具，获取真实场景的图片信息，然后采用近景摄影测量原理，由所获取的相对恢复出相片中的

各点或各尺寸的实际值。与传统的测量方法相比它主要有以下优点：

1、获取的信息量大。由于尺寸的获取是通过解算相片得到，因此理论上只

要是相片上看的到的物体，我们就可以恢复出它的三维原貌。由于采用高分辨率和大视场的专用测量CCD相机，一次成相范围大，故每相对所包含的数据信息多。此外，由于是采用相片测量，我们还可以通过相片获得物体的颜色、状态、纹理等信息，是传统方法不能相比的。

2、现场工作时间短，干扰现场程度小。由于尺寸的测量是通过相片得到的，

因此我们不需要在现场花费太多的时间。我们在现场所要做的工作仅仅是拍照。每套系统每天可获取几千平方米的工厂尺寸数据的图片信息。此外，系统设计成便携式，可以一人用手持工作，可以因时因地工作，故无论是系统对现场工作的影响，还是现场对系统工作的制约都很小。

3、可以现场量测和离现量测、再量测。当我们获得相片后，我们可以及时

输入计算机，用相应的软件测量出所需要的数据信息。当然本系统的最大好处在于可以离现量测，可以让大量的工作在事后用计算机完成。当我们提交数据后，若对某些尺寸有怀疑，我们可以在相应的相片上再次测量，而无须再到现场。这在处理某些瞬时场景的工作上有特别的意义。

4、获取的尺寸精度高。由于采用了发展的相当成熟的立体摄影测量技术，

配合计算机解析测图技术和选取专业的高分辨率的测量相机， 因此所获取的尺寸精度高。

5、工作轻松，工作效率高，数据保存方便等优点。由于该系统大大减轻了

工作人员在现场的工作时间和强度，并且事后的测量工作也在舒适的环境，因此改善了工作环境，提高了效率。原始数据都以数字片形式，保存方便。 三、

建筑物立面测绘

1、测绘内容

在可视范围内，对古建筑各建筑单体正立面与侧立面按规范绘制立面图，绘图比例尺为1:100。并绘制建筑物细部（檐口、花雕、窗格、梁柱）大样并拍摄相关影像。

2、测量硬件设备

便携式三维数字化系统2套；计算机5台。

我们采用测量设备是一种基于计算机立体视觉（Stereo Computer Vision）和近景摄影测量（Close－range Photogrammetry）的便携式三维数字化系统，这是一个

高效率的信息获取工具。它由相机、遥控及控制器、监视器、仪器箱等组成。如下图：

Z-system-N(Mini) 样品 立体视觉测量系统基本原理

系统主要指标列表: 系统类型 分辨率 基线长度 色彩 内存大小 图片容量 最短拍摄间隔 图像传输时间 （满容量传输至计算机） 存储卡更换时间 电池更换时间 电池规格 电池工作时间 最佳拍摄距离 最大误差 重量（仅系统） 小于1分钟 小于1分钟 Sony FM750 3Hours/对电池 35m <30mm 5kg 小于1分钟 小于1分钟 Sony FM550 2H/对电池 20m <30mm 3kg 1180 X 140 X 270 小于1分钟 小于1分钟 Sony FM550 2H/对电池 5m <30mm 2kg 730 X 180 X 230 Z-system-O 2240X1680 1000mm 真彩色 256M X 2 270对 1秒 30分钟 Z-system-N(Std) 2048X1536 800mm 真彩色 128M X 2 162对 1秒 15分钟 Z-system-N(Mini) 2048X1536 500mm 真彩色 128M X 2 162对 1秒 15分钟 总体积（带包装） 1230 X 240 X 250

3、系统测量精度指标

各套系统的测量精度有所不同。Z-System-O的最佳拍摄距离在35米以内,在此范围内系统的测量误差小于20mm；Z-System-N(Mini)最佳拍摄距离在5米左右, 在此范围内系统的测量误差小于10mm；Z-System-N(Std)拍摄距离在20米以内, 在此范围内系统的测量误差小于20mm。距离越近测量误差越小。另外拍摄角度过大势必会降低系统的测量的精度，一般来说，小于45度的角度可以获得非常

好的精度。正面拍摄时，拍摄距离稍远，精度还能保证。

4、软件系统

图像测量系统（Photo Measuring and Modeling）是三维数字化系统系统的重要组成部分。

PhotoMM软件主要功能是根据立体测量系统采集到的立体像对来获取三维空间中信息，如点的坐标、两点之间的距离以及点到直线的距离等信息。并与绘图软件（AutoCAD）进行交互绘图完成三维空间的重建。

5、工作流程

便携式三维测量系统的总得作业流程见下图：

项目获得 项目需求确定 项目规划 现场作业准备 进入现场 据数传送 FTP 数据 中心控制点及尺寸整理 控制点控制尺寸现场作业 立体像对拍摄 图像数据整理

项目分发 三维量测 立体建模 形成立面图 检查和结果提交 检查验收 四、成果技术规格与指标

1、精度要求

立面图点位精度不得大于5cm,平面图点位精度不得大于10cm。 2、成果要求

立面图提供的单体立面参考图如下：

立面图 影像图 平面参考图如下：

立面图测绘主要要素：建筑物单体正立面、侧立面；建筑物细节（门、窗、梁柱）大样；建筑物及大样影像图。

平面图测量主要要素：门、窗、柱的位置；沿街二层、文物保护的建筑详细测绘；对古建筑的梁柱拍摄照片留影。

3、建筑物立面、平面图编号规则

街道名称第一个字母大写+门牌编号+类型号（Z-正立面；C-侧立面；P-平面）。

五、总结

利用便携式三维数字化系统对300多栋徽式古建筑立面实施测绘，5个人耗时1个月时间，不仅节约了大量的人力物力，提高了效率，立面的定位精度也达到了规定的0.5cm的要求，为保障该项目的顺利推进。

参考文献：

[1] 黄趸，仲思东，姚远，基于近景立体像对的目标纹理提取与自动粘贴技术[J].微电子学与计算机，2007

[2] 陈思，仲思东，基于CCD的桥梁变形三维实时监测系[J].计算机测量与控制，

2007

[3]祝国瑞，地图学[M].武汉：武汉大学出版社，2004

[4]良启章，GIS和机助制图[M].北京：北京科学出版社，1995

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ccp6.html