摘 要:傳統(tǒng)的房建測量結(jié)果存在平面位置誤差、高程誤差、邊長測量誤差、建筑面積測算誤差的問題,為解決此方面問題,本文選擇某鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)房屋建筑作為測區(qū),對房屋建筑面積測算與測量精度評估進行研究。根據(jù)房屋建筑工程概況,設(shè)計測量過程中的作業(yè)參數(shù),掌握數(shù)據(jù)源。通過房屋建筑面積測量數(shù)據(jù)處理、運算、生成數(shù)字正射影像,完成建筑中各個結(jié)構(gòu)面積量算與指標計算。在完成設(shè)計后,通過實例證明,應用設(shè)計的方法進行房建面積測算,可以保證平面、高程、邊長、面積測算誤差在允許范圍內(nèi),以這種方式,保證房建面積測算結(jié)果的可靠性,提高測算的精度。
關(guān)鍵詞:房屋建筑;面積評估;測量精度
中圖分類號:TU 198" " 文獻標志碼:A
1 房屋建筑工程概況與數(shù)據(jù)源
經(jīng)過實地勘察,本文選定測區(qū)一棟典型的住宅建筑作為測區(qū),在住宅建成后,約居住了350名居民,測區(qū)共由1#~9#構(gòu)成,將1#~9#標號為①~⑨,建筑均為多層結(jié)構(gòu),因為這棟樓所處的地理位置比較特殊,所以這棟建筑的規(guī)劃和綜合整治工作也受到相關(guān)部門的重視。為有效地測量這類建筑群的面積,就必須根據(jù)具體的技術(shù)要求,制訂一條技術(shù)路線和方案,包括地質(zhì)資料準備、測線準備、合適的房屋建筑航拍設(shè)備等。
在掌握房屋建筑工程項目的基本情況后,對本次建筑測量的數(shù)據(jù)源進行分析。對現(xiàn)場進行綜合分析發(fā)現(xiàn),本次研究測區(qū)的數(shù)據(jù)來源有多種途徑,核心數(shù)據(jù)包括控點數(shù)據(jù)、原始航空影像資料、核證點、POS影像等。項目針對傾斜成像操作要求,在研究區(qū)域布設(shè)多個像點(不少于5個,至少中心點1個、周邊4個點)[1]。為了保證攝影中得到的信息具有較高的準確性,需要在空間上選取30個以上的觀測點,以此為檢查點,參考檢驗點所處的空間位置,構(gòu)建一個完善的空間坐標系統(tǒng)。
在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上,以組合型垂直起降型無人機為載體,測量時采用Pros五鏡頭攝像機,搭建傾斜拍攝設(shè)備,建立房屋建筑面積測算平臺,將測算平臺與計算機設(shè)備相連接,以這種方式,對采樣數(shù)據(jù)進行高效率處理與集中化分析。與常規(guī)測量方法相比,這種測量方法具有高效和高精度的優(yōu)點,適合在“少量”像控點下進行房屋建筑面積測算作業(yè),結(jié)合測區(qū)野外航空攝影的實際需要,對此過程中的傾斜測量設(shè)備操作參數(shù)進行設(shè)計,見表1。
根據(jù)地區(qū)氣候條件與氣象局的預報,選擇天氣晴朗、綜合條件良好的環(huán)境進行作業(yè),根據(jù)測區(qū)占地面積,本次飛行作業(yè)設(shè)置一個架次,通過拍攝與實地測繪采樣,共獲得1450組的有效POS數(shù)據(jù)和1350張的有效原始圖像。
2 房屋建筑面積測量數(shù)據(jù)處理、運算與數(shù)字正射影像生成
對傾斜測量采樣數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)進行處理,在處理中,采用無人機差分分解計算程序JOPPS,對Rover、Base、機載POS數(shù)據(jù)進行差分分析,通過這種方式,得到高精度的POS數(shù)據(jù)。在GSCORS連續(xù)運行的基礎(chǔ)上,對像控點、檢查點和POS數(shù)據(jù)進行高程異常解算,完成數(shù)據(jù)預處理?;诙鄼C并行計算的快速發(fā)展,將上述步驟用于實景3D造型生成,可有效縮短真實場景造型所需的時間間隔,利用多視角圖像特征點匹配與聯(lián)合約束調(diào)整,實現(xiàn)真實場景的3D造型[2]。在空三加密過程中,選取5個地面影像點,對現(xiàn)有的區(qū)域網(wǎng)格進行約束平差,對全區(qū)域網(wǎng)格、空間三要素進行絕對定位。
在此基礎(chǔ)上,建立3D白色薄膜模型,利用白色薄膜模型的自動紋理貼圖,對點云數(shù)據(jù)進行處理,建立數(shù)字化曲面模型,對模型進行微分校正、馬賽克勻色等處理,生成數(shù)字正射圖像[3]。此過程可用公式(1)~公式(3)表示。
T(x,y)=(u,v,w) (1)
式中:T為貼圖坐標;(x,y)為模型坐標;(u,v,w)為貼圖坐標系中的紋理坐標。
(2)
式中:(x,y,z)為三維空間中的一組點P在原坐標系中的坐標;(X,Y,Z)為三維空間中的一組點P在新坐標系中的坐標;a、b、c... l為坐標變換矩陣的元素。
(3)
式中:θ為模型數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)角度;n.x、n.y、n.z為旋轉(zhuǎn)軸的坐標。
在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上,對圖像數(shù)據(jù)進行馬賽克勻色處理,勻色處理通常用于將多個圖像拼接成一個完整的圖像,同時保持色彩的均勻性。在此過程中,需要將圖像從一個色彩空間轉(zhuǎn)換到另一個色彩空間,例如從RGB色彩空間轉(zhuǎn)換到HSV色彩空間[4]。色彩空間轉(zhuǎn)換處理過程如公式(4)所示。
(4)
式中:R、G、B為RGB色彩空間的分量;H、S、V為HSV色彩空間的分量。
在完成以上處理后,將拼接后的圖像色彩進行均化,以消除色彩差異。色彩均化處理過程如公式(5)所示。
(5)
式中:C為均化后的色彩分量;C1、C2、C3、…、Cn為拼接前各圖像的色彩分量;n為拼接圖像的數(shù)量。
在實際應用中,需要根據(jù)具體需求和數(shù)據(jù)類型進行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上,參照上述公式,根據(jù)房屋建筑實景三維模型,生成房屋數(shù)字正射影像的示意圖,如圖1所示[5]。
在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上,為其添加更多的細節(jié),例如窗戶、門把手、屋頂瓦片等。同時,還需要為模型賦予相應的材質(zhì),使模型看起來更加真實。使用渲染器對模型進行渲染,生成最終的三維圖件。渲染可以選擇不同的光照條件和材質(zhì)效果,以獲得最佳的視覺效果[6]。在完成渲染后,可以將三維圖件導出為多種格式,例如JPEG、PNG、BMP等,以便于分享和展示。
3 建筑中各個結(jié)構(gòu)面積量算與指標計算
在完成上述設(shè)計后,考慮到房屋建筑面積中部分結(jié)構(gòu)面積量算的實際價值較低,因此,在建筑結(jié)構(gòu)面積測算中,可以按照表2的結(jié)構(gòu)面積量算標準對各個結(jié)構(gòu)中面積量算方式進行計算。
在按以上方法完成房屋建筑物內(nèi)各構(gòu)造的面積計算后,將計算結(jié)果與建設(shè)工程設(shè)計方案相結(jié)合。如果驗證的結(jié)果是一樣的,那么就表明所構(gòu)造的房子的3D實體模型是真實的,可以用這個模型來計算其他的構(gòu)造區(qū)域。如果驗證的結(jié)果有出入,那就說明所建的房子的3D實景模型與真實的房子的構(gòu)造有出入,必須要對3D的實景模型進行修正,并且在確認無誤后,才能對各個構(gòu)造的面積進行測量。
在估算出每種結(jié)構(gòu)區(qū)域后,基于以上構(gòu)建的3D實景模型,計算建筑容積率、綠化率和建筑密度等指標,便于后續(xù)建筑建造工作。其中房屋建筑容積率、綠化率、建筑密度的計算過程如公式(6)所示。
(6)
式中:S為建筑容積率;α為總建筑面積;α'為建筑所在區(qū)域的宗地面積;L為建筑綠化率;β為建筑覆蓋范圍的綠地面積;β'為建筑覆蓋范圍的土地面積;Q為建筑密度;χ為方位建筑基底總面積;χ'為方位建筑住宅用地總面積。
按照公式(6),可以對建筑中各個結(jié)構(gòu)面積進行量算,至此完成房屋建筑面積的測算研究。
4 測量精度評估
4.1 平面誤差與高程誤差統(tǒng)計
在測區(qū)內(nèi)選擇24個特征點作為測點,對其平面位置誤差、高程誤差進行精度評估,其中,可以用ΔZ表示高程誤差,可以用ΔX、ΔY表示平面誤差,對應的誤差如圖2所示。
4.2 房屋建筑邊長、面積測算誤差
在此基礎(chǔ)上,選擇1#~9#建筑中9條隨機建筑邊長進行精度評估,在評估過程中,輔助鋼尺、激光測距儀進行邊長人工測量,將人工測量結(jié)果作為依據(jù),分析房屋建筑邊長測量誤差。見表3。
在完成上述內(nèi)容研究后,根據(jù)房屋建筑實景三維模型與數(shù)字正射影像,計算建筑的基地面積。在完成計算后,采用全站儀等設(shè)備對標號①~⑨的建筑進行現(xiàn)場基地面積測量。統(tǒng)計建筑面積測算誤差如圖3所示。
5 結(jié)語
隨著城市化進程的加速,房屋建筑面積的準確測算顯得尤為重要。這不僅影響房地產(chǎn)市場的健康發(fā)展,也與城市建設(shè)、土地資源合理利用息息相關(guān)。因此,對房屋建筑面積測算與測量精度評估進行研究非常重要。為落實此項工作,本文選擇對某地區(qū)房屋建筑進行研究,通過研究,可以得到以下結(jié)論。1)從結(jié)果可以看出,測區(qū)內(nèi)24個特征點平面位置誤差ΔX、ΔY均在-10~10mm,特征點高程誤差ΔZ均在-5~5mm內(nèi)。根據(jù)房屋建筑面積測繪作業(yè)規(guī)范可知,現(xiàn)有的誤差在可控范圍內(nèi),即應用本文提出的方法進行房屋建筑平面位置與高程位置測算,所得到的測算結(jié)果具有可靠性。2)房屋建筑邊長標號①~⑨對應的人工測量結(jié)果與本文方法測算結(jié)果誤差最大值為7.3cm,最小值為-0.7cm,根據(jù)房屋測量規(guī)范可知,房屋建筑邊長測量誤差在允許范圍內(nèi)。3)標號①~⑨建筑面積測算誤差均在-8m2~8m2內(nèi),現(xiàn)存誤差不會對建筑整體測繪結(jié)果造成影響,說明本文設(shè)計的方法可以對房屋建筑面積進行高精度測量。
參考文獻
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