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用于建筑物恢復的三維測量

乱世王者9枪为什么要带7枪 www.xaklf.icu 在能源短缺和其價格攀升的時期,人們的注意力更多的關注于潛在的節約能源的途徑的開發。CCEM改造項目就是在建筑物領域里的一個實踐,這個領域正考慮提供重要的潛在的節約型能源。一個將節約潛能最大化的方法是給舊建筑物覆蓋上預制特殊材料。這個過程中一個不可缺少的步驟是高精度、可靠的獲取三維規劃數據。這就是測量涉足的領域,這也是CCEM改造項目中測量對于未來建筑物的能源節約所做出的重要貢獻。

在2006年年中的時候,一個大型的聯合項目在蘇黎世大學的“能源與移動性能力中心(CCEM)”獲得批準,這個項目叫“先進高效能源在建筑物中的革新(CCEM Retrofit)”。該項目匯集了來自歐洲10個國家的研究合作伙伴。到2050年,建筑物的能源需求中有超過90%的部分將是由2000年前修建的建筑物引起。這很明顯的顯示出,在舊建筑物領域還有很巨大的能源節約的潛力。因此,該項目所宣稱的可提供的幫助是在工業領域與有能力的合作伙伴一起開發和完成舊建筑物的復雜革新的詳細的概念,尤其是那些平房街區和其他多個家庭居住的住房。

為了達到預期的目標(包括30-50KWh/m2的制熱、涼風和熱水,太陽能的使用,良好的供熱和噪音?;ぃ?,一個基本的革新概念是調整,包括為建筑物的立面、房頂和建筑服務工程設施等調整各種內部相關的、預制的革新???。
很多研究合作伙伴,包括瑞士西北應用科技大學和蘇黎世大學,一起定義了詳細的概念并在選定的目標上進行了實施。20多個工業合作伙伴也參與了這個項目,這確保了以跨學科的、實用的、以應用為導向的方法來運作這個項目。該項目的總花費為大約5百萬瑞士法郎(合430萬美元),項目預計于2010年完成。

從測量技術的視角看到的想法

如果我們分析測量技術在與大型建筑和革新項目相關的處理過程時,我們通?;崢吹剿脅斡胂钅康母鞣?,要么把項目特定部分必要的測量自己來做,要么安排別人做。這個原因主要在于現在相關的法律規定的情況,根據現有法律,規劃部門不需要對基礎規劃的三維尺寸測量負有任何責任,而是把這種責任轉給了實施這項工作的機構。另一方面,對于用現代測量技術對建筑物精確的三維測量、中央數據管理和使用的可能性,現在仍然缺乏基本的理解。

要感謝可靠的3D測量技術的使用和相應的數據處理和中央測量數據管理系統,現在可以顯著的縮減時間、安裝風險和成本,同時顯著的增加了規劃設計的可靠性。因此,在CCEM Retrofit項目關于舊建筑能源有效性革新中,3D測量技術被提議并應用于需要革新目標的3D幾何信息的獲取和使用。

下面是項目中“3D測量技術”里定義的一些目標:

■ 定義一個新概念,該概念確保充分準確的三維幾何數據對于革新項目是可靠的,并從規劃階段到產品和裝配階段可以作為一個可靠的基礎。
■ 一些定義,如必要的數據質量、數據量和數據傳輸到將來的數據分析系統的接口。
■ 為成本/利益優化了的數據獲取和處理開發了“工具盒”,以及數據管理(幾何數據流)。

問題描述

當采用預設的改造計劃對一個建筑物進行改造的時候(例如,立面或屋頂的部件改造,包括通風和電力設備安裝),對建筑物的幾何尺寸的可靠測量是必不可少的基礎,如果想讓項目順利實施的話。任何現有的建筑規劃或建筑設計圖通常都是不充分的。這意味著立面結構,窗戶,門,陽臺,天花板,樓梯間,臥房和周邊設施需要被測量。需要的精度在窗口區域大概是在± 4 mm,在天花板/立面區域的精度大概是±7 mm。

測量技術工具盒

必須使用一系列不同的傳感器,以滿足相對復雜多樣的對重建目標的所謂的三維幾何展示,并且是盡可能的壓縮成本。
■ 地面激光掃描( TLS) :借助地面激光掃描,目標物體的幾何尺寸可以被測量的更快,這歸功于其能獲取完整區域和對象數據的能力。與TLS相關的問題將在更深入的數據處理和對象抽取中的流程中介紹。
■ 近景攝影測量:近景攝影測量是一個很好的對地面激光掃描的補充,并為建筑物立面圖片提供了一個很好的替代選擇,這要歸功于其快速的照片數據獲取能力。在這里,通過小標靶的協助,也可利用機載拍攝的影像對地形記錄的數據提供額外的透視圖。
■ 視距測量,單一距離:對于基于單點的數據獲取,傳統的電子視距測量仍然是有用的工具。這里,數據可以通過各種軟件工具的幫助得以補充、簡化和加速。手持式測距儀可以用于上述方法獲取的數據的補充,為單點補充測量或特別昏暗的物體的測量得到的數據做檢驗。
復雜的和成本/收益優化后的對象的獲取無疑是只有通過一種方式能成功,那就是對上述技術的組合和實施。

最初的經驗

作為基本的研究和測試,我們第一個對象選取了一個典型的需要翻建的多家庭的建筑。這個建筑用來對不同的方法、流程和儀器進行一般性的測試,以及在適當的應用條件下的組合使用。最初的結果和產物隨后被用于詳細的討論和配置,以及測試在項目合作伙伴參與下的流程。TLS被用來掃描立面,樓梯間,閣樓和選定的房間的內部(工作中使用的是一臺徠卡HDS3000)。除了這些掃描,還補充了攝影測量的記錄和一個單點測量的結果(全站儀)。

下面我們將更深入的了解一些借助上述的工具盒子可供我們選擇的有效的方法和應用。

生成圖片的概覽:通過在圖片上定義一個平整的表面的方法以消除影像的畸變,是一個簡單且省時間的方法來生成地面工作規劃。結果的精度取決于相機拍攝角度、相機的精度和建筑立面與定義的表面的偏離值。
攝影測量的評估:基于標靶的近景攝影測量為縫隙的填充提供了另外一種途徑(比如,天花板表面,窗戶的框和陽臺的門等),這些縫隙有時是陰影造成的,有些是激光掃描無法到達的區域。最初的結果顯示,這種形式的組合是非常完美可行的。由于小標靶的載入能力的限制,使用一個標準的商業上可行的輕便的數碼相機就顯得很必要。因此,目前分辨率不足以用于細節的分析。就影像測量精度而言,在自標定的幫助下小于一個像素的精度值是可以達到的。
激光掃描評估:評估顯示地面激光掃描非常適用于建筑立面的平整度分析?!罷溆跋褳忌傘憊δ芤參燜俸頭獎愕納曬婊∈莩晌贍?。但是,用于完整的提取所有用于建模的幾何構件的時間和精力是非常大的,并且根據產品情況的不同,實地掃描記錄的時間可能會很長。
激光掃描-逆向工程:逆向工程在機械工程、醫療和藝術領域已經有了很長時間的應用。在處理過程中,現有的產品或模型產品被數字化,這樣就可以數字化的編輯、修改和生產。這樣做所要付出的努力遠小于生成互動式的3D幾何模型,并且點云的信息密度能夠大量的被保留。這種方法所能達到的精度是和所采集的3D點的精度一致的,因而可以很快的就達到足夠的測量點。

結論和展望


對涉及這個項目的所有參與方的要求在規劃階段需要被精確地并盡可能的詳細地定義,這樣所選擇的數據獲取方法和數據處理過程的成本和收益可以被優化,特別是在獲取需要翻建的對象的3D幾何信息的時候。早期的經驗已經顯示,使用TLS基于對象的記錄方法是適合于需要翻建的對象的幾何建模的。信息密度是非常有趣的,因為它使得精細刻畫一個非規則對象成為可能――大多數建筑物都是這種情況――并且可以用一種足夠高得精度來描述對象。最后,從工具盒子中選擇不同得工具并組合使用始終是必須的。項目參與各方對集中在一起的數據訪問權限必須有保障;用合適的用戶友好的工具對必要的數據進行信息提取也必須有保障。這是我