摘要：本文從概念、邏輯和形式上對(duì)測(cè)量?jī)x器的建筑物形體特性的獲取方式行了分析與研究，深入淺出的剖析了測(cè)量?jī)x器的建筑物形體測(cè)量技術(shù)應(yīng)用。旨在引起重視、深入探討、充分理解、促進(jìn)共識(shí)。
　　關(guān)鍵詞：建筑形體 測(cè)量 技術(shù)
　　1 前言：形體測(cè)量技術(shù)最初來(lái)源于制造業(yè)中對(duì)那些精度要求很高的零部件的外形尺寸和結(jié)構(gòu)等技術(shù)參數(shù)的測(cè)繪，所利用的方法為工業(yè)上的測(cè)繪技術(shù)和精密測(cè)繪儀器，比如光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀、激光掃平儀、雷達(dá)測(cè)速儀、全自動(dòng)影像測(cè)量機(jī)、光學(xué)影像測(cè)量?jī)x以及磁力場(chǎng)三維測(cè)繪系統(tǒng)等。工業(yè)常用的測(cè)繪大多運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)流程和運(yùn)送膠帶上，產(chǎn)品的高速測(cè)量或試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀a(chǎn)品或一些產(chǎn)品的零件部位的距離測(cè)量。
　　2 建筑物形體特性的獲取方式
　　建筑物形體特性指的是建筑物或其構(gòu)成、外部形態(tài)、方位、高度、寬度、長(zhǎng)度、體積等重要的幾何數(shù)量的敘述，而且還包含其內(nèi)部與外部互相關(guān)聯(lián)特點(diǎn)。形體特性是對(duì)建筑物及其組成結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)的敘述，是對(duì)建筑物空間信息的具體與抽象，對(duì)于完成形體測(cè)繪的目的至關(guān)重要。
　　形體特性是對(duì)建筑物實(shí)物的抽象描寫(xiě)，利用重要幾何量的描寫(xiě)，需要時(shí)加之對(duì)實(shí)物內(nèi)部、實(shí)物與其余參考物的關(guān)聯(lián)描寫(xiě)，就能夠精確地表示建筑物實(shí)物對(duì)象的基本特性。比如某間正方體房屋，描述了它的邊長(zhǎng)，便能夠客觀表示其形狀特性。此時(shí)的“正方體”與長(zhǎng)度值便是房屋的形體特性。形體特性的幾何值基本包含分析對(duì)象的外形、方位、高度、寬度、長(zhǎng)度、體積等，還包括對(duì)象內(nèi)部、對(duì)象相互間的幾何關(guān)聯(lián)特性，比如平行、距離、垂直等相互關(guān)系等，這里主要根據(jù)建筑物的形體測(cè)繪對(duì)特性的具體要求有所取舍。
　　2.1點(diǎn)的形體特性
　　點(diǎn)的形體特性基本體現(xiàn)為方位，刻劃方位最簡(jiǎn)易的方式是確立一致的坐標(biāo)體系。當(dāng)給予僅有的一個(gè)三維坐標(biāo)后，該點(diǎn)的方位固定了，點(diǎn)和坐標(biāo)就組成了一對(duì)相對(duì)關(guān)系。對(duì)點(diǎn)方位特性獲取就成為了對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)的獲取的轉(zhuǎn)變。建筑物或其結(jié)構(gòu)上存在無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)，但是具體用在形體描寫(xiě)的點(diǎn)是較少的，而且是重要的點(diǎn)。一些重要點(diǎn)是以實(shí)物形態(tài)存在，叫作實(shí)點(diǎn);其它的重要點(diǎn)不是以形態(tài)存在，它們是隱蔽的或附屬于其余部位存在，叫作虛點(diǎn)。實(shí)點(diǎn)依據(jù)測(cè)繪條件劃分成可測(cè)點(diǎn)與不可測(cè)點(diǎn)。可測(cè)實(shí)點(diǎn)坐標(biāo)能夠利用測(cè)繪方法取得，不可測(cè)實(shí)點(diǎn)和虛點(diǎn)坐標(biāo)不可以利用測(cè)繪方法取得，最好的辦法便是利用解構(gòu)分析的辦法測(cè)算取得。以下羅列一些較為普遍情形的獲得方法。
　　(1)可測(cè)實(shí)點(diǎn)
　　可測(cè)實(shí)點(diǎn)需要符合的主要要求有:特性點(diǎn)應(yīng)該看得見(jiàn)摸得著，實(shí)實(shí)在在，而且容易從測(cè)站進(jìn)行測(cè)繪，測(cè)繪角需要滿(mǎn)足相應(yīng)的精確度要求，與此同時(shí)“點(diǎn)”特性應(yīng)該十分顯著，可以符合照準(zhǔn)精確度要求。這些點(diǎn)的三維坐標(biāo)能夠利用多次測(cè)繪計(jì)算均值的辦法獲得。
　　(2)不可測(cè)實(shí)點(diǎn)
　　不可測(cè)實(shí)點(diǎn)不具有可測(cè)實(shí)點(diǎn)的要求和特性。當(dāng)重要特性點(diǎn)的方位特別，難以實(shí)施測(cè)繪，或“點(diǎn)”特性很隱蔽，或測(cè)繪方式不滿(mǎn)足要求，至于這類(lèi)實(shí)點(diǎn)，要求利用幾何數(shù)學(xué)方式取得。此方式的基本原理是現(xiàn)實(shí)中沒(méi)有真正的孤立點(diǎn)，點(diǎn)一定是要與周邊物體發(fā)生各種關(guān)聯(lián)，組成拓?fù)潢P(guān)系。依據(jù)解析幾何原理發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)能夠是線(xiàn)與線(xiàn)的交叉點(diǎn)，線(xiàn)與面的交叉點(diǎn)，很多面也能夠交叉到一個(gè)點(diǎn)等。根據(jù)該基本原理，能夠完成不可測(cè)實(shí)點(diǎn)獲得坐標(biāo)的方式。
　　(3)虛點(diǎn)
　　虛點(diǎn)坐標(biāo)的獲得方式與不可測(cè)實(shí)點(diǎn)獲得方式大致相同，也是利用解析的方式獲得。有些虛點(diǎn)是非常隱蔽的，比如大型天線(xiàn)的外面制造成拋物球面體(如圖1)，因此它的焦點(diǎn)應(yīng)該是隱蔽的。這時(shí)可以通過(guò)對(duì)天線(xiàn)表面采樣測(cè)量，首先擬合得到天線(xiàn)拋物面解析方程，進(jìn)而焦點(diǎn)可以通過(guò)解析式解算得到。
　　2.2線(xiàn)的形體特性
　　線(xiàn)有曲線(xiàn)和直線(xiàn)之分，直線(xiàn)是曲線(xiàn)的特殊例子。線(xiàn)的形體特性基本體現(xiàn)在長(zhǎng)度、外形及方位等方面，長(zhǎng)度是線(xiàn)的基本特性，實(shí)踐中的線(xiàn)不管怎么繁雜，肯定都具有長(zhǎng)度的。線(xiàn)的籠統(tǒng)化歸納即為外形，比如曲線(xiàn)、直線(xiàn)以及圓弧等。長(zhǎng)度和外形是線(xiàn)的內(nèi)在特性，方位便是外在屬特性，對(duì)方位的描寫(xiě)需要借助對(duì)比物，和對(duì)點(diǎn)方位的分析相似，必須確立一個(gè)恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)體系，獲得空間曲線(xiàn)的解構(gòu)分析公式，使方程與曲線(xiàn)互相關(guān)聯(lián)上來(lái)。曲線(xiàn)的解構(gòu)分析方程包含了曲線(xiàn)的絕大部分特性，主要有它的外形、方位，當(dāng)確定了坐標(biāo)變動(dòng)量的界限，長(zhǎng)度便惟一固定了。對(duì)線(xiàn)外形特性的獲取轉(zhuǎn)變?yōu)榻獯鹩?jì)算線(xiàn)的解析式。
　　建筑物或構(gòu)成部位上對(duì)于形體描寫(xiě)的線(xiàn)較少的，這類(lèi)線(xiàn)屬于重點(diǎn)線(xiàn)。一些重點(diǎn)線(xiàn)是以實(shí)物方式存在，叫作實(shí)線(xiàn);其它的重點(diǎn)線(xiàn)不是以實(shí)物方式存在，而是隱蔽的或者是依賴(lài)于其余部位存在，叫作虛線(xiàn)。實(shí)質(zhì)上，曲線(xiàn)是具備某類(lèi)特性的無(wú)數(shù)點(diǎn)的集合，也就是說(shuō)曲線(xiàn)是由無(wú)窮個(gè)點(diǎn)組成的，但是為了分析的便利性，只有用較少的點(diǎn)對(duì)曲線(xiàn)實(shí)行刻畫(huà)，這是出于收集分散點(diǎn)對(duì)曲線(xiàn)實(shí)行分析的理論根基。對(duì)線(xiàn)形體特征的取得較為實(shí)用的方法是利用解構(gòu)分析的辦法獲得。以下羅列幾種比較容易遇到的情形的處理方法。
　　(1)可測(cè)實(shí)線(xiàn)
　　可測(cè)實(shí)線(xiàn)需要符合一定的基本要求:曲線(xiàn)能夠看得見(jiàn)，摸得著，實(shí)實(shí)在在，而且從測(cè)站能夠容易測(cè)繪，測(cè)繪角需要符合一些的條件，“線(xiàn)”特征應(yīng)該十分顯著，線(xiàn)上的點(diǎn)能夠符合照準(zhǔn)精確度要求。利用在實(shí)線(xiàn)上收集的分散點(diǎn)坐標(biāo)，操作者自己研判曲線(xiàn)外形，確定帶參數(shù)曲線(xiàn)方程，把點(diǎn)坐標(biāo)輸入方程，得到所需要的系數(shù)，得出曲線(xiàn)的解構(gòu)式，從而充分分析與曲線(xiàn)有關(guān)的外形特征。
　　(2)不可測(cè)實(shí)線(xiàn)
　　不可測(cè)實(shí)線(xiàn)是在符合實(shí)線(xiàn)概念的要求上，但不具有可測(cè)實(shí)線(xiàn)的要求和情形。當(dāng)重要特征線(xiàn)的方位特別，難以直接測(cè)繪，或者是“線(xiàn)”特征不顯著，或者是測(cè)繪方式不滿(mǎn)足要求，這種類(lèi)型實(shí)線(xiàn)的外形特征，應(yīng)當(dāng)利用幾何數(shù)學(xué)方式取得。此方式的基本原理是，線(xiàn)通常會(huì)和周邊圍結(jié)構(gòu)發(fā)生某些關(guān)聯(lián)。依據(jù)解析幾何原理發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)能夠是面與面交叉獲得。根據(jù)該基本原理，能夠利用求解面轉(zhuǎn)換獲得線(xiàn)的解析方程。
　　(3)虛線(xiàn)
　　虛線(xiàn)解析式的取得方式和不可測(cè)實(shí)線(xiàn)獲得方式大致相同，也是利用解析的方式獲得。比如大型煙囪的煙囪垂直角度是通過(guò)中軸線(xiàn)反映，而不能夠直接測(cè)繪，先取得煙囪外面的空間解析式，其中軸線(xiàn)便能夠利用解析方程換算得出。
　　2.3面的形體特性
　　面有平面與曲面之分，曲面的一個(gè)特殊例子是平面。面的外形特性基本體現(xiàn)在外形、方位及面積等，外形是對(duì)面的籠統(tǒng)化歸納，比如平面、球面等，其面積也屬于面的基本特性，實(shí)踐中的面有多么繁雜，都肯定有面積的。外形與面積是面的內(nèi)在特性，方位便是外在特性，對(duì)方位的描寫(xiě)需要依靠比照。這和對(duì)點(diǎn)、線(xiàn)方位的分析相似，應(yīng)當(dāng)卻立一個(gè)恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)體現(xiàn)，獲得空間曲面的解析式。曲面解析式包含了曲面的絕大部分特征，對(duì)面形態(tài)特征的獲取轉(zhuǎn)變成解答計(jì)算面的解析式。
　　建筑物或構(gòu)成部位上對(duì)于形體描寫(xiě)的面是較少的，這類(lèi)面屬于重點(diǎn)面。形態(tài)測(cè)繪僅僅分析一些能夠看見(jiàn)的并實(shí)實(shí)在在的面。實(shí)質(zhì)上，曲面是具備某類(lèi)特性的無(wú)數(shù)點(diǎn)的集合，也就是說(shuō)曲面是由無(wú)窮個(gè)點(diǎn)組成的，但是為了分析的便利性，只有用較少的點(diǎn)對(duì)曲面實(shí)行刻畫(huà)，這是出于收集分散點(diǎn)對(duì)曲面實(shí)行分析的理論根基。為取得面的解析式，先要收集面上的分散點(diǎn)坐標(biāo)，操作者自己研判面的外形，確定有參數(shù)的解析式，把點(diǎn)的坐標(biāo)值輸進(jìn)方程式，回到解答計(jì)算參數(shù)，得出面的解析式，回到標(biāo)差等相關(guān)數(shù)據(jù)能夠反應(yīng)計(jì)算結(jié)果。曲面有很多類(lèi)型，實(shí)踐中大多利用某些參照曲面實(shí)施涉及，使得解析更為便利。
　　3 建筑物形體測(cè)量技術(shù)應(yīng)用實(shí)例
　　正如前面所述，建筑物形體測(cè)量方法各式各樣，而免棱鏡全站儀是不依賴(lài)合作對(duì)象就能夠?qū)嵤y(cè)距的儀器，是免棱鏡測(cè)距技術(shù)與傳統(tǒng)儀器的組合，具備一般的全站儀所不具備的特點(diǎn)。運(yùn)用免棱鏡全站儀使得測(cè)距變得更加快速、便利，體現(xiàn)了能見(jiàn)就能測(cè)，能測(cè)即能得的效果。這種先進(jìn)的儀器目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用到大部分測(cè)量行業(yè)，以下面以該儀器為例，研討建筑物形體測(cè)繪技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用。
　　3.1免棱鏡全站儀的根本原理與優(yōu)點(diǎn)
　　電子測(cè)距儀的主要構(gòu)成部分有發(fā)射、回光、接收、測(cè)繪和計(jì)算結(jié)果部分，至于具備反射鏡測(cè)距，回光以及反射條，能夠把絕大部分的入射光線(xiàn)經(jīng)入射光線(xiàn)的路徑返回到測(cè)距儀的接收部分，從而達(dá)到測(cè)距的目的。
　　該儀器的測(cè)距方式分為: 脈沖法和相位法。一般情況下，脈沖法所測(cè)繪的距離較長(zhǎng)，而相位法測(cè)繪的精準(zhǔn)度比較高。脈沖法用測(cè)繪的時(shí)候發(fā)射和接受信號(hào)間的時(shí)間差來(lái)測(cè)算長(zhǎng)度，計(jì)算多次測(cè)繪算術(shù)平均數(shù)即為被測(cè)距離。相位法利用接受信號(hào)間的相位之差，以此算出測(cè)量的距離，它們的測(cè)距理論和有合作對(duì)象的測(cè)距理論一致。
　　該儀器與同一般的全站儀來(lái)進(jìn)行比較，具備如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)操作便利。無(wú)需觸碰被測(cè)點(diǎn)就能夠獲取該點(diǎn)的坐標(biāo)，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且可以減少安全事故的發(fā)生，提高了操作的安全性，同時(shí)對(duì)于那些關(guān)鍵建(構(gòu))筑物在某種程度上也有保護(hù)效果。(2)快速高效。該儀器的測(cè)量距離得速率通常為1s上下，因?yàn)闊o(wú)需專(zhuān)們派人去安裝棱鏡，較普通全站儀的測(cè)量距離得速率高數(shù)十倍，降低了操作人員的作業(yè)強(qiáng)度，提升了測(cè)量效率。
　　3.2免棱鏡全站儀運(yùn)用于竣工測(cè)量
　　(1)地物點(diǎn)測(cè)繪實(shí)驗(yàn)選用的全站儀型號(hào)
　　地物點(diǎn)測(cè)繪選用的全站儀型號(hào)為索佳SET530RK，該全站儀為一種中等量程、精確度高，具有很多用途而且使用簡(jiǎn)單的儀器。該全站儀能夠適應(yīng)戶(hù)外運(yùn)用的不同要求，用單鍵就能夠?qū)崿F(xiàn)有/無(wú)反射棱鏡方式轉(zhuǎn)換進(jìn)行測(cè)繪工作，針對(duì)底高度并且沒(méi)有太陽(yáng)光照射的對(duì)象，無(wú)棱鏡方式量程是0.3 至350 米，有棱鏡方式量程是5千米，測(cè)量邊長(zhǎng)的精確度在免棱鏡方式下是±5 mm+ 10 ppm×D，有棱鏡方式式下是±2 mm + 2 ppm×D，測(cè)量角度的精確度是2〞。該全站儀在很多工程中的運(yùn)用說(shuō)明其功能特性可靠。
　　(2)地物點(diǎn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法
　　利用同一住宅區(qū)的室內(nèi)角點(diǎn)測(cè)量當(dāng)作實(shí)驗(yàn)區(qū)，而且都按照兩種方式實(shí)施，一種方式是有棱鏡測(cè)繪方式，也就是在房子的角點(diǎn)上安放微型圓棱鏡;另外一種方式是無(wú)棱鏡測(cè)繪方式，直接對(duì)準(zhǔn)房子角點(diǎn)的位置。這個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)總共測(cè)繪房子角點(diǎn)424個(gè)，有12個(gè)房子角點(diǎn)在免棱鏡測(cè)繪方式下沒(méi)有測(cè)繪出平均距離，其它412個(gè)房子角點(diǎn)每個(gè)點(diǎn)都記載了兩種方式測(cè)繪的平均距離，對(duì)平均距離相差5毫米以上的房子角點(diǎn)，都需要一起記載測(cè)繪之時(shí)的房子角點(diǎn)觀測(cè)環(huán)境，比如房子角點(diǎn)的光線(xiàn)亮度狀況、房子角點(diǎn)的色彩、房子角點(diǎn)的材料性質(zhì)等情況。
　　(3)房子角點(diǎn)平均距離的對(duì)照研究
　　在兩種不同測(cè)量方法下，平均較差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

較差	距     離
	≤100 m	100～200 m	200～350 m	≥350 m
≤ ±5 mm	192	39	12	1
±5 ～±10 mm	84	35	10	2
±10 ～±20 mm	11	12	5	3
≥±20 mm	0	2	4	2
未能測(cè)距的點(diǎn)數(shù)	1	3	4	5

　　房子角點(diǎn)測(cè)繪結(jié)束后將兩種方式測(cè)量的平均距離實(shí)行了研究分析后發(fā)現(xiàn)該儀器在無(wú)棱鏡方式下測(cè)量距離比較穩(wěn)定，一般情形下，它的測(cè)量結(jié)果精確度和可靠性與全站儀的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)相同，它的精確度可以符合房子角點(diǎn)測(cè)繪的精確度條件。伴隨測(cè)量站到房子角點(diǎn)的測(cè)距增長(zhǎng)，無(wú)射棱鏡方式下測(cè)量距離的精確度會(huì)下降。利用對(duì)平均距離相差高于±5毫米的房子角點(diǎn)測(cè)量要求和12個(gè)在免棱鏡測(cè)繪方式下沒(méi)有測(cè)量出平均距離的房子角點(diǎn)研究，發(fā)現(xiàn)如下論點(diǎn):
　　①房子角點(diǎn)外表的反射作用較大，對(duì)象信號(hào)平穩(wěn)可靠。房子角點(diǎn)外表色彩越淡，實(shí)體的反射信號(hào)就更強(qiáng)，對(duì)于測(cè)量距離更為有利，房子角點(diǎn)外表呈現(xiàn)黑暗的顏色時(shí)，需要轉(zhuǎn)換到有反射棱鏡方式下進(jìn)行測(cè)繪。
　　②在測(cè)繪房子的拐彎角度時(shí)，尤其是角度非常小的尖形角，它的測(cè)量距離相差可能較大，對(duì)準(zhǔn)時(shí)需要尤其小心，在需要之時(shí)應(yīng)當(dāng)利用有棱鏡測(cè)繪方式實(shí)施測(cè)繪進(jìn)行。
　　③陽(yáng)光直射的房子角點(diǎn)，反射信號(hào)非常微弱，有時(shí)候無(wú)射棱鏡的儀器測(cè)不到距離，需要轉(zhuǎn)換到有反射棱鏡方式下實(shí)施測(cè)繪) 普通地物點(diǎn)的材料是木料、磚頭、硅酸鹽水泥、墻體顏料、金屬結(jié)構(gòu)框架等，利用免反射棱鏡都可以完成測(cè)量距離，但是對(duì)于材料為玻璃房子角點(diǎn)，通常沒(méi)有辦法精確測(cè)量距離; 房子角點(diǎn)外表比較毛糙，如果投射在粗糙表面上的光向各個(gè)方向反射的現(xiàn)象非常厲害，必須轉(zhuǎn)換到有反射棱鏡方式下實(shí)施測(cè)繪。