[科普中国]-建筑摄影测量

介绍

摄影测量技术是使用专用的测绘相机(或经过标定的普通数码相机)，在现场对待测目标按照摄影测量的要求拍摄成组照片，然后用计算机对照片进行解析(内业)，从而获得目标空间三维尺度信息的一种测量方法。这一技术应用到建筑测绘领域有诸多优势，例如硬件购置成本低、设备便携、作业速度快，建筑测绘不再需要人员攀爬，主要工作内容就是“拍照片”，劳动强度大为降低。但阻碍这一技术应用的“瓶颈”是：在地面无法拍摄到建筑顶部及立面上半部分的很多细部，对于高大建筑和造型复杂、细节较多的古建筑，测绘成果不完整。

为了解决这一问题，人们尝试将相机与微型无人直升机空中平台结合，进行空中拍摄，并进行实地测绘实验，结果证明这是解决“拍摄角度受限”问题的好方法。

建筑低空摄影测量是在传统航测技术基础上发展出来的。大地航测要求相机在飞行过程中竖直对地，有顺序地拍摄多张照片，照片之间一定要有一定程度的重益，形成立体像对，再结合地面已有的坐标控制点，即可进行测图。建筑低空摄影测量的目标不再是平面，而是有很多细节的立体物件，所以拍摄的方式从平移拍摄转为空间中多点围绕建筑拍摄，目的是将各个立面上的细部获取完整。建筑上的同一个点在不同角度的多张照片中的对应位置成像，测量软件就像解多项式方程一样解析出其空间尺寸数据。

建筑摄影测量与大地航测的区别主要是目标不同，拍摄角度变得多样；相同点在于都是靠两张以上、有重盛内容的照片获得目标的三维信息，且都需要布置控制点，即在建筑上标设带有水平、竖直、距离等信息的控制点，一起拍进照片中。

分类从测量角度，文物、建筑测量可归为三类：

1．快速简易测量
主要用于历史文物修复和改建的初步研究，以及文物清查和艺术史的研究。这类测绘
注重外观，精度要求可以放宽。在摄影中主要用立体量测摄影机和小像幅摄影机，像片处
理主要用正直摄影立体测图仪，测图比例尺为1：100或更小。
2．精密完整测量
主要用于编制历史文物的系统文件，包括编制文物建筑结构线和编制其保护及复制的档案文件，另外建筑物立面图及局部大样图的测绘也是这方面的一个特殊内容。测图比例尺一般为1：50，细部测绘为1：20或1：10。野外摄影则根据精度要求和目标大小宜用长焦距大像幅量测摄影机，如焦距在65mm和150mm之间的宽角摄影机。内业测绘宜用一级立体测图仪。
3．高精度测量
主要用于高度精细的研究工作，精度要求一般为1mm，有时甚至0．1mm，例如文物中雕塑像的研究。这类工作的主要困难是摄影数据的获取，可缩短物距的量测摄影机(如具有可变主距或附加物镜的摄影机)比较适合这类目标的摄影。历史建筑物测量中主要的测绘内容常常是建筑物立面图，但为了保持古建筑物的档案完整，平面图和剖面图也常是重要的内容。此外有时还需要大比例尺碎部图、原始像片和有关技术报告等。在像片处理过程中，生产立面图的同时还可测绘剖面图，建筑物内部也可用摄影方法测定，例如天花板，拱形圆屋顶以及复杂的雕刻和壁画等，采用摄影记录方法就十分方便。另外摄影测量的成果除线划图外，还可应用数字输出方式，按不同的比例尺自动测绘各种立面图、平面图和剖面图，并产生透视图和三维立体图等等。2

建筑摄影测量系统要对一个建筑目标进行完整的测绘作业，包括了空中拍摄、地面拍摄、室内拍摄以及内业照片处理四个方面，因此在直升机空中拍摄平台之外.完整的建筑摄影测量系统还包括一些必要的地面设备、内业数据处理计算机软、硬件等。

需要说明的是，购买不同性能指标的器材，成本可以上下浮动，相应的设备可靠性、环境适应性、最大作业范围、测t精度都是不同的。基本建设的成本不会超过30万元，而最高级的系统仅硬件设备的造价就逾百万。

关于系统中部分设备的进一步解释：
（1）照明灯具。对于过于昏暗的建筑室内需要额外提供人工照明才能获得高质量的测绘用照片，灯具功率中等，但数量多(一般需要4、5个)，这样才能保证亮度均匀、阴影浅，对拍摄有利。

（2）长摇臂。对于某些细部，例如室内柱子的柱头顶部，不论地面拍摄、三维激光扫描仪都存在测量盲区，当然也无法使用直升机，所以如果要测量柱顶内部这样的高位细部，使用摇臂举起相机进行拍摄是最佳的办法。

（3）信号传输设备。用于传回相机取景图像和监控飞机的飞行数据。

建立完整的建筑摄影测量系统，除了以上可见的部分，还包括“隐含”的工作内容，现作简要阐述：
（1）对专业操控人员的培养。经验丰富的操作人员是系统不可或缺的一部分。
（2）严谨作业制度的建立。各种航空系统都有一套经过多年总结形成的、十分严格的工作制度来保证安全.使用建筑摄影测量系统也需要一套特殊的作业制度、严格的纪律，保证在城市人口密集环境中进行低空安全作业。
（3）成熟作业流程、操作方法的总结。实行符合建筑摄影测量要求的拍摄作业，获得建筑内外空间有效的、全面的照片是进行成功应用的关键。各类建筑在体量大小、形态特点、测绘要求

作业特点建筑摄影测量作业的基本特点包括:
（1）对拍摄角度、距离无精确要求，尽可能摄入整个建筑或最多的建筑部分即可;但对拍摄机位的空间移动有要求，即不同照片之间的角度差别越大越好，这样不仅各个立面都可以兼顾，而且测得的数据更准确。要在空间中围绕建筑多角度拍摄，除了在地面选点之外，最好附加空中照片，这是引入直升机平台的主要原因。

（2）需要设定标志/控制点。“设定控制点(或水平线、竖直线等)”是几乎所有测量工作共通的内容，但对于建筑摄影测量系统来说更为重要，多个标志点有助于提高相机自身与建筑之间的相对定位精度;测t结果只有相对尺度和方向，需要控制点提供坐标系;室内外是分别测量的，要想准确地将多块数据合为一体，更需要依靠控制点。所以，摄影测最需要两种控制点:一是普通标志点。数量多，可以散布于建筑上；二是关键控制点，数量少，用于提供坐标轴和比例尺。

(3)室内外不可能一次拍摄，实际作业过程中是分别进行摄影测量，然后进行数据合成。受到拍摄站立点的限制，甚至不同朝向的外立面也可能分别讲行测绘。