全站儀在日照測量中的應用

王 雷，司海燕，劉 妍

（1.黑龍江第一測繪工程院，黑龍江 哈爾濱 150081；2.黑龍江工程學院 測繪工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050）

隨著國家城市建設的發(fā)展，高層建筑越來越多，人們對城市居住環(huán)境，尤其是住宅日照需求越來越重視，隨之產(chǎn)生的關于日照需求方面的法律糾紛事件也屢見不鮮。在目前有限的城市用地空間中，日照需求也對城市規(guī)劃、設計部門充分利用建設用地、提高容積率增加了難度，詳細精確的日照分析工作是避免以上問題的重要環(huán)節(jié)和參考依據(jù)。日照分析就是通過相關數(shù)據(jù)計算，模擬日照時間的一項工作。日照分析涉及到時間、地域、建筑造型等多種復雜因素，要將這些相互影響的因素綜合起來進行人工精確計算分析是非常困難的［1］。2009年國家測繪局制定的測繪資質(zhì)分級標準將日照測量作為工程測量的一部分，是指為規(guī)劃管理日照分析提供測繪數(shù)據(jù)的測量活動。

目前，進行日照測量的方法包括三維激光掃描、近景攝影測量和全站儀法?；诂F(xiàn)今三維激光掃描技術特別是點云數(shù)據(jù)處理技術和軟件尚不成熟，三維激光掃描儀動輒數(shù)十萬甚至百萬的價格，在城市日照分析測量中作為一種常規(guī)方法尚不現(xiàn)實［1］。多基線近景攝影測量［2］雖能夠滿足建筑立面測量的精度，但無法滿足地形圖的測量，且設備價格昂貴，數(shù)據(jù)處理復雜，因此，也不適宜日照測量這種小型工程測量工作。利用全站儀進行建筑物擋光測量十分便捷，避免了測量人員登高作業(yè)，克服了用鋼尺丈量有時無法作業(yè)的困難［3］。

綜上所述，目前日照測量工作主要還是采用全站儀進行數(shù)據(jù)采集，全站儀數(shù)據(jù)為點坐標數(shù)據(jù)文件，傳輸簡單，內(nèi)業(yè)工作可借助南方CASS軟件或其它數(shù)字成圖軟件成圖，圖形文件為CAD格式，可直接提供給日照分析計算軟件進行處理。

1 全站儀日照測量原理

1.1 三維坐標測量

全站儀為具備電子測角、電磁波測距及相應計算程序的電子測量儀器［4］，目前的全站儀一般具備免棱鏡測量、三維坐標測量、懸高測量等多種功能，操作簡單，精度高，可靠性好。三維坐標測量原理如下：

如圖1、圖2所示，控制點A為測站點，B為定向點，P為未知點（即A、B點坐標已知）。首先將全站儀安置在A點，量取儀器高i、棱鏡高v，選擇全站儀的三維坐標測量模式，將i，v輸入全站儀，在定向檢核無誤后，照準P點處的棱鏡，按下測量鍵后全站儀通過計算程序就能直接顯示并存儲P點的三維坐標。

圖1 全站儀平面坐標測量

圖2 全站儀三角高程測量

公式為

式中：S為斜距，θ為豎直角，α為方位角。

1.2 懸高測量

所謂懸高測量，就是測定空中某點的高程或距地面點的高度［5］。

懸高測量原理如圖3所示：首先把反射棱鏡設立在欲測目標點P的天底P0點（即過目標點P的鉛垂線與地面的交點），輸入反射棱鏡高v；然后照準反射棱鏡鎖定全站儀的水平制動螺旋，進行距離測量，再轉動望遠鏡照準目標點P，便能實時顯示出目標點P至地面點P0的高度H，公式為

圖3 全站儀懸高測量

式中：v為棱鏡高，S為全站儀至反射棱鏡的斜距；θ1和θ2分別為反射棱鏡和目標點的豎直角。

2 大比例尺地形圖及建筑平面圖的測繪

2.1 周邊地形圖測繪

大比例尺地形圖的測繪應符合《城市測量規(guī)范》中城市工程測圖部分的建構筑物誤差要求的規(guī)定，同一般的地形圖測繪不同之處在于，日照測量地形圖只測繪涉及日照分析的遮擋、被遮擋建筑相應關系及周邊主要交通，不必測繪地面上其它附屬要素，如交通附屬設施、管線附屬設施、植被、獨立地物等。成圖比例尺可采用任意比例尺而不必完全按照國家標準比例尺，坐標系也可采用假定坐標系，但一定要標明真北方向。

2.2 建筑物平面圖的測繪

主要測繪遮擋、被遮擋建筑主體、房頂及其附屬結構（日照計算所必需的部分）的平面圖，并用大比例尺地形圖圖式符號進行表示。

測量建筑物主體時應盡量使用小棱鏡，立鏡點盡量按統(tǒng)一的方法立于建筑物特征點上，對于建筑物隱蔽點宜采用鋼尺丈量的方式進行勘丈測量，對實在無法直接觀測的隱蔽點可使用全站儀的免棱鏡功能，但要注意照準目標的誤差控制［6］。

建筑物房頂?shù)臏y量主要針對遮擋建筑物進行，被遮擋建筑物房頂（閣樓、影響自身日照的結構除外）不需要測量。對影響日照效果的房頂結構如突出的樓梯間、水箱、造型、挑廊應精確測量，對構造復雜的造型輪廓可用近似的包絡圖形繪制。

建筑物附屬結構的測繪主要針對陽臺、室外樓梯、檐廊進行，遮擋建筑物可根據(jù)相對位置只測量與被遮擋建筑物相關的一面，被遮擋建筑物只測量主體外與遮擋建筑物相關一面的各種陽臺及檐廊等，也就是遮擋建筑物著重測量產(chǎn)生陰影的部位，被遮擋建筑著重測量進光的部位，露天陽臺、封閉陽臺要區(qū)別繪制。

2.3 內(nèi)業(yè)成圖示例

以某日照測量工程為例，根據(jù)以上要求，繪制建筑物及周邊地物平面圖如圖4所示，平面圖除精確繪制圖形外，還要注記樓名、正負零點、建筑物高度（相對正負零點）、周邊道路的路名、真北方向等。

圖4 建筑物及周邊平面

3 被遮擋建筑立面圖的測繪

遮擋建筑物不需要測繪立面圖，只標明相對正負零點的高度，被遮擋建筑物才需要測繪立面圖，主要是測繪被遮擋建筑物的門窗，并精確測定其大小及高度。棱鏡無法到達的高層門窗可采用懸高測量的方法。全站儀的架設位置盡量離要測量的建筑立面有足夠的距離并架設在正面，可以避免懸高測量中望遠鏡無法瞄準高層門窗的上下邊界情況，可以不受封閉陽臺突出部位遮擋視線的影響。

3.1 室內(nèi)地坪高度的選取

一般選取被遮擋建筑物的室內(nèi)地坪為正負零點，若被遮擋建筑不止一座，一般選擇相對較低的建筑室內(nèi)地坪，注意一旦正負零位置選定，所有日照測量范圍內(nèi)的建筑物相對高度均要以此為準。

3.2 門窗定位的要求

被遮擋建筑物的門窗是陽光進入室內(nèi)的路徑，因此在建筑物主體精確定位的基礎上，應更精確地測量每層門窗的具體位置，由于離地面高度低于0.5m的門窗面積不計入采光面積內(nèi)，日照時間計算起點為底層窗臺面是指距室內(nèi)地坪0.9m高的外墻位置［7］，所以在實際測量中對不同的門窗要區(qū)別對待。

對于門窗在水平方向的距離可使用全站儀逐邊進行測量，亦可使用鋼尺逐邊進行勘丈，垂直方向可采用懸高測量的方法，使全站儀十字絲橫絲瞄準門窗的上下邊緣進行測量。由于建筑物建造誤差、儀器觀測誤差造成的相關門窗大小、高度不一致等情況，可適當進行調(diào)整，取多個相同規(guī)格門窗大小高度的平均數(shù)作為最終結果。

3.3 內(nèi)業(yè)成圖示例

根據(jù)以上要求，繪制被遮擋建筑物立面圖如圖5所示，立面圖除精確繪制圖形外，還要注記樓名、正負零點、每層門窗底邊及樓頂?shù)母叨龋ㄏ鄬φ摿泓c）等。

圖5 被遮擋建筑立面圖

4 結束語

日照測量在城市規(guī)劃和建筑糾紛調(diào)節(jié)中具有特殊意義，本文詳細介紹了日照測量的方法及其在實際工作中的注意事項，日照測量雖屬于工程測量的范疇，但與常規(guī)的工程測量相比有著自身的特點，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)成圖方面有著特殊要求，工作的性質(zhì)影響到一個建筑物的規(guī)劃、設計及個人切身利益，與人們居住環(huán)境需求息息相關。鑒于當前日照測量還沒有一個具體詳盡的規(guī)范標準，筆者只是從實際工程出發(fā)對日照測量的常規(guī)手段和方法進行介紹，結果證明利用全站儀可以滿足日照測量中的平面、立面測量。

同時必須指出，日照分析工作除上述利用全站儀進行日照測量獲取的建筑物平面圖、立面圖外，還需要測區(qū)的天文經(jīng)緯度及真北方向，天文經(jīng)緯度一般直接采用城市經(jīng)緯度，真北方向可采用陀螺經(jīng)緯儀直接測量［8］、地磁測量［9］、太陽高度法［10］、已知控制點坐標系轉換等方法確定，本文不再贅述。

［1］陳永星，王蕾.建筑物日照分析測量研究［J］.中國科技信息，2012（16）：52－52.

［2］丁進選，王斌.多基線數(shù)字近景攝影測量在建筑立面提取中的應用［J］.測繪通報，2012（6）：47－50.

［3］曾邵文.免棱鏡全站儀在日照分析測量中的應用［J］.中國市政工程，2009（4）：55－56.

［4］孔祥元.大地測量學［M］.武漢：武漢大學出版社，2010.

［5］鮑建寬，李秀海，朱繼文，等.大地測量學［M］.哈爾濱：哈爾濱地圖出版社，2008.

［6］張立群，趙仲榮，袁樹才，等.免棱鏡全站儀在建筑物傾斜監(jiān)測中應用與分析［J］.測繪工程，2011，20（2）：57－59.

［7］中華人民共和國建設部.GB 50180－93（2002）城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［8］周召發(fā)，常振軍，張志利.擺式陀螺尋北儀快速尋北的時差逆轉點法［J］.探測與控制學報，2012，34（4）：64－66.

［9］徐家琨，王雙喜，汪平，等.海島礁地磁測量時短邊真北方位角的確定及精度分析［J］.海洋測繪，2012，32（2）：15－17.

［10］張小平.簡析太陽真方位角的測定［J］.山西建筑，2012，38（36）：219－220.