古建筑頂部攝影測量用標(biāo)靶布設(shè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及建筑遺產(chǎn)數(shù)字化，測繪、測量，以及圖像處理等綜合應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]—、古建筑測量技術(shù)
[0003](I)古建筑測繪需求與測量設(shè)備發(fā)展概況:
[0004]古代建筑在建設(shè)之初所用圖紙多已流失，因此古建筑測繪成為古建筑保護(hù)的首要工作之一。當(dāng)前古建筑測繪已發(fā)展到數(shù)字化階段，地面三維激光掃描、低空攝影測量替代尺子作為獲取高密度數(shù)據(jù)的兩種最主流手段。地面激光掃描受到地面作業(yè)的低角度局限，古建筑上半部、頂部獲得去的數(shù)據(jù)常出現(xiàn)稀疏、缺漏；如果古建筑體量高大，或者受到地形、周圍樹木遮擋等影響，甚至常出現(xiàn)頂部數(shù)據(jù)盲區(qū)。低空攝影測量是使用無人垂直起降飛行器攜帶相機(jī)在古建筑附近實(shí)施圍繞飛行拍攝，通過攝影測量軟件的處理生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。低空攝影測量機(jī)位可以自由調(diào)整，避開地面植物遮擋，因此低空攝影測量更具有技術(shù)優(yōu)勢。
[0005]低空攝影測量和地面激光掃描兩者都依賴全站儀提供控制點(diǎn)坐標(biāo)，以建立正確的坐標(biāo)系，控制點(diǎn)的精度是測繪的關(guān)鍵點(diǎn)之一，而控制點(diǎn)的精度不僅基于全站儀設(shè)備固有精度，也受目標(biāo)反射率、人為瞄準(zhǔn)精度等影響，因此建筑物自然特征點(diǎn)的質(zhì)量不高，如要提高精度水平，就需要人工標(biāo)革巴。
[0006](2)現(xiàn)有各種測量標(biāo)靶及其重要性、常見布設(shè)方法:
[0007]標(biāo)靶是黑白反差明顯、有明確幾何中心、以一定數(shù)量分散貼在被測物體上的人工標(biāo)志物(圖2)，因?yàn)楣沤ㄖ嘧杂汕媲掖嬖谄茡p，建筑構(gòu)件重復(fù)度高容易混淆，因此如果不布設(shè)人工標(biāo)靶，全站儀瞄準(zhǔn)自然紋理、圖案很容易出錯(cuò)，而人工布設(shè)的標(biāo)靶具有明確的輪廓、準(zhǔn)確的幾何中心，不會(huì)和建筑上的圖案混淆，能夠極大提高定位的精確性。自然特征點(diǎn)除了幾何中心不易確定的缺點(diǎn)外，古建筑不同構(gòu)件的材料不同(例如琉璃、玻璃、木材等)，反射性不同，也容易導(dǎo)致全站儀無法讀數(shù)或讀數(shù)不準(zhǔn)，而人工標(biāo)靶統(tǒng)一制作，表面反射性相同，可避免上述問題，提高讀數(shù)可靠性。
[0008]標(biāo)靶的一般布設(shè)要求包括:a.在測繪全過程中必須固定不動(dòng)。目前標(biāo)靶布設(shè)大多采用人員在墻上粘貼等方式布設(shè)以保證牢固不動(dòng)(圖3)。b.在一場景中，控制點(diǎn)(標(biāo)靶)數(shù)量必須多于三個(gè)，多出來的標(biāo)靶可用于校核測量精度。c.控制點(diǎn)標(biāo)靶應(yīng)盡可能分散布設(shè)在古建筑上高、低、前、后各個(gè)不同的位置，對于高大古建筑，在建筑頂部也應(yīng)布設(shè)。在墻面貼的標(biāo)靶不能替代古建筑頂部標(biāo)靶。根據(jù)標(biāo)靶均布原則，必須在建筑頂部，尤其是塔樓、高聳建筑最高處布置標(biāo)靶，才能達(dá)到測量控制的目的。此外為了發(fā)現(xiàn)頂部沉陷、傾斜等病害，或者詳細(xì)測繪吻獸等細(xì)節(jié)裝飾構(gòu)件，也需要準(zhǔn)確的控制點(diǎn)標(biāo)靶，否則單獨(dú)攝影測量獲得的吻獸精細(xì)數(shù)據(jù)與建筑整體數(shù)據(jù)拼合時(shí)容易產(chǎn)生拼縫、重疊等問題。
[0009](3)當(dāng)前標(biāo)靶布設(shè)存在的主要問題:
[0010]當(dāng)前標(biāo)靶布設(shè)面臨的最主要難題是建筑高處標(biāo)靶布設(shè)困難。地面或墻面低處測量標(biāo)靶人工布設(shè)容易，古建筑高處或頂部標(biāo)靶布設(shè)需要搭梯攀爬，不僅存在人員安全風(fēng)險(xiǎn)，而且有可能會(huì)踩壞頂部瓦件，如果使用起重車，則在古建筑院內(nèi)運(yùn)輸困難、操作不靈活。鑒于上述困難，目前測繪標(biāo)靶的布設(shè)大多限于地面，對于塔樓這樣的建筑精度難于保證，也難于對吻獸細(xì)節(jié)測繪進(jìn)行精確控制。
[0011]因此，快捷、安全地在高大建筑上部布設(shè)標(biāo)靶是古建筑低空高精度攝影測量急需解決的難題。
[0012]二、古建筑色彩準(zhǔn)確獲取技術(shù)
[0013](I)古建筑色彩準(zhǔn)確獲取技術(shù)及其與攝影測量的結(jié)合:
[0014]古建筑的重建、修繕都要求對其構(gòu)件表面色彩準(zhǔn)確獲取，而相機(jī)拍攝效果受到光照強(qiáng)度、色溫、構(gòu)件朝向、相機(jī)參數(shù)等多種因素影響，數(shù)值不可能準(zhǔn)確，因此目前拍攝過程中都要使用標(biāo)準(zhǔn)色卡用于校色，最簡單的色卡是中性灰色卡，可以校正曝光強(qiáng)弱、偏色等基本問題(圖4)，復(fù)雜的如24色卡(圖5)甚至更多顏色的色卡，可以對某個(gè)顏色進(jìn)行更為精確的度量。中性灰色卡是基本的、最常用到的顏色校正工具。
[0015]低空攝影測量是基于高質(zhì)量照片生成點(diǎn)云，因此點(diǎn)云自動(dòng)帶有照片的色彩，可直接投影生成尺寸準(zhǔn)確的“彩正射影像”，是古建筑測繪的新型成果。為了讓正射影像不僅尺寸準(zhǔn)確，顏色也準(zhǔn)確還原，就需要使用色卡對曝光強(qiáng)弱、偏色問題進(jìn)行校正。
[0016](2)建筑各部位色卡的快捷布設(shè)亦是古建筑色彩準(zhǔn)確獲取的難題:
[0017]在墻根邊放置色卡是最主要的校色工作模式，但由于古建筑立面上不同部位、不同構(gòu)件處在不同的照明條件下，因此墻根邊豎立的色卡只能用于校正附近墻面顏色，并不能準(zhǔn)確校正檐下昏暗環(huán)境中的斗拱，或者坡屋頂表面。
[0018]地面放置的色卡校正效果有限，但色卡在高處的布設(shè)也同樣面臨人員攀爬、設(shè)備舉升等難題，因此目前較少實(shí)施。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0019]本實(shí)用新型目的是:在替代人員搭架攀登或特種車輛舉升的條件下，于古建筑上半部、頂部快速布設(shè)一定數(shù)量、符合全站儀要求的標(biāo)靶，避免使用自然特征點(diǎn)，提高古建筑頂部測繪精度；同時(shí)布設(shè)符合色彩校正要求的中性灰色卡標(biāo)靶，保證“彩正射影像”這一攝影測量成果的顏色精確度，提供一種古建筑頂部攝影測量用標(biāo)靶布設(shè)裝置。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于布設(shè)過程自由、快捷、方便、無需人員攀爬，且標(biāo)靶本身在測量過程中能夠保持固定不動(dòng)，滿足高精度攝影測量的要求，同時(shí)又對古建筑無損傷，對景觀環(huán)境和拍攝效果干擾小。
[0020]本實(shí)用新型技術(shù)方案
[0021]一種古建筑頂部攝影測量用標(biāo)靶布設(shè)裝置，該裝置包括一個(gè)外伸管，外伸管的根部設(shè)置有一個(gè)可調(diào)整俯仰角度的安裝架，所述的安裝架通過旋轉(zhuǎn)鉸和緊固螺栓固定在外伸管的根部；外伸管的內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)抽氣管，抽氣管的根部通過抽氣口與抽氣泵連通，抽氣泵與電動(dòng)機(jī)連接，外伸管的前端固定安裝有一個(gè)與抽氣管連通的吸盤，攝影測量用標(biāo)靶被吸附在吸盤上；外伸管的前端外側(cè)固定安裝有一個(gè)觸碰式開關(guān)，觸碰式開關(guān)包括一個(gè)固定座，固定座上安裝有一個(gè)導(dǎo)向套，導(dǎo)向套內(nèi)安裝有一個(gè)伸縮觸發(fā)桿，伸縮觸發(fā)桿的根部為一段金屬導(dǎo)電體，該金屬導(dǎo)電體同時(shí)與導(dǎo)向套上相互絕緣安裝的兩個(gè)觸發(fā)電極電接觸。
[0022]所述的伸縮觸發(fā)桿與外伸管平行，伸縮觸發(fā)桿的末端探出在外伸管前端安裝的吸盤的末端。所述的外伸管上同時(shí)安裝有一個(gè)平行于外伸管的激光發(fā)射器，用于向前端發(fā)射一束激光。
[0023]所述的攝影測量用標(biāo)靶為圓形片狀標(biāo)靶，標(biāo)靶的背面貼附有海綿雙面膠，標(biāo)靶的正面為攝影測量用標(biāo)志，所述的標(biāo)志分為兩種，一種是印刷有黑白兩色間隔布置的類似“寶馬車標(biāo)”的標(biāo)志，另一種是印刷有中性灰色的用于顏色校正的標(biāo)志。
[0024]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0025]本實(shí)用新型同時(shí)滿足古建筑測繪對標(biāo)靶布設(shè)的以下各項(xiàng)要求:
[0026](a)布設(shè)操作便捷、快速，且全過程完全無需人員攀爬。本方案通過標(biāo)靶及其布設(shè)裝置的設(shè)計(jì)，利用無人垂直起降飛行器這一古建筑低空攝影測量已有設(shè)備進(jìn)行高大古建筑頂部標(biāo)靶的快速布設(shè)，不需要人員攀爬古建筑或使用特種車輛，不僅避免人員風(fēng)險(xiǎn)而且保護(hù)古建筑不被人踩壞。
[0027](b)標(biāo)靶布設(shè)的高度、位置自由。使用無人飛行器而非升降機(jī)布設(shè)標(biāo)靶，不僅速度更快而且布設(shè)位置更自由，不僅滿足測量控制點(diǎn)均布的要求，而且能夠滿足不同朝向、多個(gè)表面色彩單獨(dú)校正的需求。
[0028](c)中式古建筑普遍適用，對遺產(chǎn)及其景觀無損害?？梢栽诠沤ㄕ埂⑽谦F側(cè)面、墻面、梁柱側(cè)面等多種構(gòu)件上黏貼，普遍適用于大殿、塔剎、經(jīng)幢等多種高大古建筑測繪。此夕卜，本方案采用黏貼的方式布設(shè)控制點(diǎn)，對于建筑本體無損害，標(biāo)靶體積小，飛機(jī)高分辨率相機(jī)可以拍到，但地面肉眼不易察覺，對建筑觀感無影響。
[0029](d)裝置體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用。裝置結(jié)構(gòu)簡單、不易損壞，便于運(yùn)輸、攜帶，標(biāo)靶布設(shè)速度快，現(xiàn)場作業(yè)周期和成本并未明顯增長，非常適用于古建筑測繪野外作業(yè)。裝置重量可做到小于300克，微型垂直起降飛行器即可吊運(yùn)。
[0030](e)以一套設(shè)備解決定位控制和色彩校正兩個(gè)難題，從兩個(gè)方面顯著提高了高大古建筑低空攝影測量的成果質(zhì)量。對于色彩校正，本方案不僅可以使用中性灰標(biāo)靶，也可以根據(jù)需要黏貼橘紅色標(biāo)靶到琉璃上，或者黏貼大紅色標(biāo)靶到紅漆木柱上，有針對性地對某一類色彩進(jìn)行校正。因此，本方案用一種手段同時(shí)解決了古建筑色彩校正、曝光校正、頂部測量控