CN109238253B - 一种基于投影原理的建筑测绘方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于投影原理的建筑测绘方法及系统。该方法以投影原理为基础，利用GPS定位系统辅助计算当时当地的正投影时间和太阳高度角，并以此为依据通过测量平面投影点的位置，实现对建筑物同水平标高不规则点、面等的水平距离、高度等的数据测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于投影原理的建筑测绘方法及系统，特别针对具有较多曲面构建的及突出不规则形体的传统建筑及其他古建筑的测量绘图。
背景技术
建筑物的测量绘图工作是进行建筑改造或保护必要的前期工作。在常规的测绘工作中，常用技术手段有：1.借助皮尺、卷尺、铅锤、绳索等进行距离测量；2.借助激光测距仪等激光设备进行距离测量、角度计算；3.借助光学经纬仪、全站仪等进行定点坐标测量；4.借助激光扫描设备辅助进行立面测绘等。
然而，有的建筑物如中国传统建筑具有较多的突出物（如檐口、斗拱等），测绘难度较大。在现有的常规测绘方法中，如用皮尺等测量工具，需要人爬上屋面或者梁架进行测量，但传统建筑往往是需要保护的文物保护单位，不允许经常攀爬，且不少建筑年久失修，攀爬测量有安全隐患；同时，由于传统建筑有较多的曲面构建，激光测距仪等远距离测量仪器难以找到合适的反光点，无法读数；利用光学经纬仪、全站仪等进行测量，不仅成本高昂，同样难以在屋顶、屋檐等部分固定反射点；激光扫描设备不仅成本高昂且在缺乏较多准确定位点时，测量的准确性也难以保证。
综上所述，目前常规测量方法还不能实现低成本并安全便捷地测量传统及其他古建筑中的曲面构建的及突出不规则形体。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种基于投影原理的建筑测绘方法，该方法利用GPS定位技术精准定位测绘目标的经纬坐标，综合考虑测绘的日期进行当时当地的太阳高度角、正投影时间等的测算，实现对最小误差的正投影点测绘时间的准确预估，并以此为依据，通过在投影最小误差时刻对测绘目标投影点的定位和测量，最终通过计算得出测绘目标相对准确的图纸数据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
一种基于投影原理的建筑测绘方法，包括以下步骤：
步骤1：通过建筑物基底平面测绘，测算待测绘建筑物的方向偏角；
步骤2：利用定位装置得到所述待测绘建筑物的经纬度，并计算当地当天的日照数据；
步骤3：结合所述日照数据和所述方向偏角计算所述待测绘建筑物的待测点之间连线与日照方向垂直的正投影时刻点；
步骤4：测量所述待测点正投影方向的地面的高差，对所述高差进行记录或平整处理；
步骤5：在所述正投影时刻点，标记所述待测绘建筑物的突出端在水平面上的所有阴影投射点；
步骤6：测量所述阴影投射点的位置坐标以及所述阴影投射点之间的水平距离；
步骤7：通过所述阴影投射点的位置坐标和所述正投影时刻点的太阳高度角测算所述待测点的高度等数据；
步骤8：基于所述阴影投射点之间的水平距离、所述阴影投射点的位置坐标以及所述待测点的高度数据完成所述待测绘建筑物的测绘。
一种基于投影原理的建筑测绘系统，包括：
测量单元，用于测算待测绘建筑物的方向偏角，以及所述待测绘建筑物的待测点正投影方向的地面的高差，并将所述方向偏角以及所述高差发送至控制单元；
定位单元，用于测量所述待测绘建筑物的经纬度，并将所述经纬度发送至控制单元；
控制单元；
所述控制单元包括：
输入子单元，用于输入测绘时的具体日期，并接收所述测量单元的所述方向偏角以及所述高差，接收所述定位单元测量的所述经纬度；
计算子单元，用于根据所述具体日期计算出当地当天的日照数据，并结合所述日照数据和所述方向偏角计算出所述待测点之间的连线与日照方向垂直的正投影时刻点；
标记子单元，用于根据所述正投影时刻点，标记所述待测点在水平面上的阴影投射点；
所述测量单元测量所述阴影投射点的位置坐标以及所述阴影投射点之间的水平距离；
所述计算子单元用于根据所述阴影投射点的位置坐标和所述正投影时刻太阳高度角测算待测点的高度；
显示单元，用于显示所述具体日期、所述经纬度、所述方向偏角、所述高差、所述日照数据、所述水平距离以及所述待测点的高度信息
电源；
所述电源与所述测量单元、所述定位单元、所述控制单元以及所述显示单元电连接。
进一步，所述定位单元为GPS定位系统、北斗定位系统中的任意一种。
进一步，所述显示单元为触摸屏。
本发明的有益效果是：利用待测建筑物的凸出部分的投影进行标记并测量的方法，可以免除攀爬测量的安全隐患，避免曲面构建无法提供有效反光点、反射点的困扰，最终实现建筑物凸出形体的测量定位，是一种安全、方便、低成本的辅助测量方案。
下面结合某地文庙大成殿东西向屋檐测绘实例对本发明作详细说明。
附图说明
附图1为基于投影原理的建筑测绘方法流程图；
附图2为基于投影原理的建筑测绘系统方框图。
具体实施方式
一种基于投影原理的建筑测绘方法，包括以下步骤：
某地文庙的大成殿为文庙的正殿，为重檐歇山的抬梁式建筑，建筑物的檐口起翘弧度较大，激光测距仪等仪器无法找到合适的反光点；屋脊处位置较高且有两重屋檐阻隔，不上屋顶很难无法准确测量测量高度和距离。
步骤1：对大成殿建筑物基底平面进行测绘：大成殿是祭祀孔子的场所，按照古建筑形制为正南北向，经过实地测量，测算出建筑物中轴为北偏西20度；
步骤2：辅助GPS定位装置和地图得出大成殿的坐标为东经112.928013，北纬27.867359，可知夏至日（测绘当天为6月20日）的日照数据为：正午时刻为北京时间12：28，每小时太阳移动角度为：15°，正午时太阳高度角：85.6°；
步骤3：结合测绘当天（6月20日）的日照数据和建筑物轴线的偏角（北偏西20度）计算出建筑物待测点之间连线与日照方向垂直的时刻点；
湘潭的正午时间为12:28，因此湘潭的时角为：β=15°（t-12.5）(Π/180°)；已知阳光垂直大成殿屋檐的时，阳光时角β为-20°（大成殿中轴线北偏西20度），可以推知阳光垂直大成殿屋檐的时刻t为11:08；
步骤4：由于大成殿为文庙祭祀建筑且为省级文保单位，周边区域进行了较好的平整，实测大成殿北侧地面高差微小，可以忽略不计。
步骤5：在11:08前后，标记大成殿多个屋檐檐角的阴影在地面的落点位置；
步骤6：测量屋檐阴影投射点的距离，底层腰檐投影长度为26.5米；
步骤7：此时的太阳高度角85.6°，通过阴影投射点和建筑基底的水平距离等数据进一步测算大成殿底层腰檐飞檐的高度为8.04米。
步骤8：基于所述阴影投射点之间的水平距离、所述阴影投射点的位置坐标以及所述待测点的高度数据完成所述待测绘建筑物的测绘。
一种基于投影原理的建筑测绘系统，包括：
测量单元，用于测算待测绘建筑物的方向偏角，以及所述待测绘建筑物的待测点正投影方向的地面的高差，并将所述方向偏角以及所述高差发送至控制单元；
定位单元，用于测量所述待测绘建筑物的经纬度，并将所述经纬度发送至控制单元；
控制单元；
所述控制单元包括：
输入子单元，用于输入测绘时的具体日期，并接收所述测量单元的所述方向偏角以及所述高差，接收所述定位单元测量的所述经纬度；
计算子单元，用于根据所述具体日期计算出当地当天的日照数据，并结合所述日照数据和所述方向偏角计算出所述待测点之间的连线与日照方向垂直的正投影时刻点；
标记子单元，用于根据所述正投影时刻点，标记所述待测点在水平面上的阴影投射点；
所述测量单元测量所述阴影投射点的位置坐标以及所述阴影投射点之间的水平距离；
所述计算子单元用于根据所述阴影投射点的位置坐标和所述正投影时刻太阳高度角测算待测点的高度；
显示单元，用于显示所述具体日期、所述经纬度、所述方向偏角、所述高差、所述日照数据、所述水平距离以及所述待测点的高度信息
电源；
所述电源与所述测量单元、所述定位单元、所述控制单元以及所述显示单元电连接。
进一步，所述定位单元为GPS定位系统、北斗定位系统中的任意一种。
进一步，所述显示单元为触摸屏。
Claims (4)
1.一种基于投影原理的建筑测绘方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：通过建筑物基底平面测绘，测算待测绘建筑物中轴线的方向偏角；
步骤2：利用定位装置得到所述待测绘建筑物的经纬度，并计算当地当天的日照数据；
步骤3：结合所述日照数据和所述方向偏角计算所述待测绘建筑物的待测点之间连线与日照方向垂直的正投影时刻点；
步骤4：测量所述待测点正投影方向的地面的高差，对所述高差进行记录或平整处理；
步骤5：在所述正投影时刻点，标记所述待测绘建筑物的突出端在水平面上的所有阴影投射点；
步骤6：测量所述阴影投射点的位置坐标以及所述阴影投射点之间的水平距离；
步骤7：通过所述阴影投射点的位置坐标和所述正投影时刻点的太阳高度角测算所述待测点的高度；
步骤8：基于所述阴影投射点之间的水平距离、所述阴影投射点的位置坐标以及所述待测点的高度数据完成所述待测绘建筑物的测绘。
2.一种基于投影原理的建筑测绘系统，其特征在于包括：
测量单元，用于测算待测绘建筑物中轴线的方向偏角，以及所述待测绘建筑物的待测点正投影方向的地面的高差，并将所述方向偏角以及所述高差发送至控制单元；
定位单元，用于测量所述待测绘建筑物的经纬度，并将所述经纬度发送至控制单元；
控制单元；
所述控制单元包括：
输入子单元，用于输入测绘时的具体日期，并接收所述测量单元的所述方向偏角以及所述高差，接收所述定位单元测量的所述经纬度；
计算子单元，用于根据所述具体日期计算出当地当天的日照数据，并结合所述日照数据和所述方向偏角计算出所述待测点之间的连线与日照方向垂直的正投影时刻点；
标记子单元，用于根据所述正投影时刻点，标记所述待测点在水平面上的阴影投射点；
所述测量单元测量所述阴影投射点的位置坐标以及所述阴影投射点之间的水平距离；
所述计算子单元用于根据所述阴影投射点的位置坐标和所述正投影时刻太阳高度角测算待测点的高度等数据；
显示单元，用于显示所述具体日期、所述经纬度、所述方向偏角、所述高差、所述日照数据、所述水平距离以及所述待测点的高度信息
电源；
所述电源与所述测量单元、所述定位单元、所述控制单元以及所述显示单元电连接。
3.根据权利要求2所述的基于投影原理的建筑测绘系统，其附加技术特征还包括：所述定位单元为GPS定位系统、北斗定位系统中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的基于投影原理的建筑测绘系统，其附加技术特征还包括：所述显示单元为触摸屏。
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