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用于建筑物恢复的三维测量

在能源短缺和其价格攀升的时期,人们的注意力更多的关注于潜在的节约能源的途径的开发。CCEM改造项目就是在建筑物领域里的一个实践,这个领域正考虑提供重要的潜在的节约型能源。一个将节约潜能最大化的方法是给旧建筑物覆盖上预制特殊材料。这个过程中一个不可缺少的步骤是高精度、可靠的获取三维规划数据。这就是测量涉足的领域,这也是CCEM改造项目中测量对于未来建筑物的能源节约所做出的重要贡献。

在2006年年中的时候,一个大型的联合项目在苏黎世大学的“能源与移动性能力中心(CCEM)”获得批准,这个项目叫“先进高效能源在建筑物中的革新(CCEM Retrofit)?#34180;?#35813;项目汇集了来自欧洲10个国家的研究?#29486;?#20249;伴。到2050年,建筑物的能源需求中有超过90%的部分将是由2000年前修建的建筑物引起。这很明显的显示出,在旧建筑物领域还有很巨大的能源节约的潜力。因此,该项目所宣称的可提供的帮助是在工业领域与有能力的?#29486;?#20249;伴一起开发和完成旧建筑物的复杂革新的详细的概念,尤其是那些平房?#26234;?#21644;其他多个家庭居住的住房。

为了达到预期的目标(包括30-50KWh/m2的制?#21462;?#20937;风和?#20154;?#22826;阳能的使用,良好的供热和噪音保护),一个基本的革新概念是调整,包括为建筑物的立面、房顶和建筑服务工程设施等调整各种内部相关的、预制的革新模块。
很多研究?#29486;?#20249;伴,包括瑞士西北应用科技大学和苏黎世大学,一起定义了详细的概念并在选定的目标上进行了实施。20多个工业?#29486;?#20249;伴也参与了这个项目,这确保了以跨学科的、实用的、以应用为导向的方法来运作这个项目。该项目的总花费为大约5百万瑞士法郎(合430万美元),项目预计于2010年完成。

从测量技术的视角看到的想法

如果我们分析测量技术在与大型建筑和革新项目相关的处理过程时,我们通常会看到所有参与项目的各方,要么把项目特定部分必要的测量?#32422;?#26469;做,要么安排别人做。这个原因主要在于现在相关的法律规定的情况,根据现有法律,规划部门不需要对基础规划的三维尺寸测量负有任何责任,而是把这种责任转给了实施这项工作的机构。另一方面,对于用现代测量技术对建筑物精确的三维测量、中央数据管理和使用的可能性,现在仍然缺乏基本的理解。

要感谢可靠的3D测量技术的使用和相应的数据处理和中央测量数据管理系统,现在可以显著的缩减时间、安装风险和成本,同时显著的增加了规划设计的可靠性。因此,在CCEM Retrofit项目关于旧建筑能源有效性革新中,3D测量技术被提议并应用于需要革新目标的3D?#36127;?#20449;息的获取和使用。

下面是项目中“3D测量技术”里定义的一些目标:

■ 定义一个新概念,该概念确保充分准确的三维?#36127;?#25968;据对于革新项目是可靠的,并从规划阶段到产品和装配阶段可以作为一个可靠的基础。
■ 一些定义,如必要的数据质量、数据量和数据传输到将来的数据分析系统的接口。
■ 为成本/利益优化了的数据获取和处理开发了“工具盒?#20445;约?#25968;据管理(?#36127;?#25968;据流)。

问题描述

当采用预设的改造计划对一个建筑物进行改造的时候(例如,立面或屋顶的?#32771;?#25913;造,包括通风和电力设备安装),对建筑物的?#36127;?#23610;寸的可靠测量?#28508;?#19981;可少的基础,如果想让项目顺利实施的话。任何现有的建筑规划或建筑设计图通常都是不充分的。这意味着立面结构,窗户,门,阳台,天花板,楼梯间,卧房和周边设施需要被测量。需要的精度在窗口区域大?#25856;?#22312;± 4 mm,在天花板/立面区域的精度大?#25856;恰? mm。

测量技术工具盒

必须使用一系列不同的传感器,以满足相对复杂多样的对重建目标的所谓的三维?#36127;?#23637;示,并且是尽可能的压缩成本。
■ 地面激光扫描( TLS) ?#33322;?#21161;地面激光扫描,目标物体的?#36127;?#23610;寸可以被测量的更快,这归功于其能获取完整区域和对象数据的能力。与TLS相关的问题将在更深入的数据处理和对象抽取中的流程中介绍。
■ 近景摄影测量?#33322;?#26223;摄影测量是一个很好的对地面激光扫描的补充,并为建筑物立面?#35745;?#25552;供了一个很好的替代选择,这要归功于其快速的照片数据获取能力。在这里,通过小标靶的协助,也可利用机载拍摄的影像对地形记录的数据提供额外的透视图。
■ 视距测量,单一距离:对于基于单点的数据获取,传统的电子视距测量仍然是有用的工具。这里,数据可以通过各种软件工具的帮助得以补充、简化和加速。手持式测距仪可以用于上述方法获取的数据的补充,为单点补充测量或特别昏暗的物体的测量得到的数据做检验。
复杂的和成本/收益优化后的对象的获取无疑是只有通过?#24674;?#26041;式能成功,那就是对上述技术的组合和实施。

最初的经验

作为基本的研究和测试,我们第一个对象选取了一个典型的需要翻建的多家庭的建筑。这个建筑用来对不同的方法、流程和仪器进行一般性的测试,?#32422;?#22312;?#23454;?#30340;应用条件下的组合使用。最初的结果和产物随后被用于详细的讨论和配置,?#32422;?#27979;试在项目?#29486;?#20249;伴参与下的流程。TLS被用来扫描立面,楼梯间,阁楼和选定的?#32771;?#30340;内部(工作中使用的是一台徕卡HDS3000)。除了这些扫描,?#20849;?#20805;了摄影测量的记录和一个单点测量的结果(全站仪)。

下面我们将更深入的了解一些借助上述的工具盒子可供我们选择的有效的方法和应用。

生成?#35745;?#30340;概览:通过在?#35745;?#19978;定义一个平整的表面的方法以消除影像的畸变,是一个简单且省时间的方法来生成地面工作规划。结果的精度取决于相机拍摄角度、相机的精度和建筑立面与定义的表面的偏离值。
摄影测量的评估:基于标靶的近景摄影测量为缝隙的填充提供了另外?#24674;?#36884;径(?#28909;紓?#22825;花板表面,窗户的框和阳台的门等),这些缝隙有时是阴影造成的,有些是激光扫描无法到达的区域。最初的结果显示,这?#20013;?#24335;的组合是非常完美可行的。由于小标靶的载入能力的限制,使用一个标准的商业上可行的轻便的数码相机就显得很必要。因此,目前分辨率不足以用于细节的分析。就影像测量精度而言,在自标定的帮助下小于一个像素的精度值是可?#28304;?#21040;的。
激光扫描评估:评估显示地面激光扫描非常适用于建筑立面的平整度分析。“正射影像图生成”功能也为快速和方便的生成规划基础数据成为可能。但是,用于完整的提取所有用于建模的?#36127;?#26500;件的时间和精力是非常大的,并且根据产品情况的不同,实地扫描记录的时间可能会很长。
激光扫描-逆向工程:逆向工程在机械工程、医疗和艺术领域已经有了很长时间的应用。在处理过程中,现有的产品或模型产品被数字化,这样就可以数字化的编辑、修改和生产。这样做所要付出的努力远小于生成互动式的3D?#36127;文?#22411;,并?#19994;?#20113;的信息密度能够大量的被保留。这种方法所能达到的精度是和所采集的3D点的精度?#24674;?#30340;,因而可?#38498;?#24555;的就达到足够的测量点。

结论和展望


对涉及这个项目的所有参与方的要求在规划阶段需要被精确地并尽可能的详细地定义,这样所选择的数据获取方法和数据处理过程的成本和收益可以被优化,特别是在获取需要翻建的对象的3D?#36127;?#20449;息的时候。早期的经验已经显示,使用TLS基于对象的记录方法是适合于需要翻建的对象的?#36127;?#24314;模的。信息密度是非常有趣的,因为它使得精细刻画一个非规则对象成为可能――大多数建筑物都是这?#26234;?#20917;――并且可以用?#24674;?#36275;够高得精度来描述对象。最后,从工具盒子中选择不同得工具并组合使用始终?#28508;?#39035;的。项目参与各方?#32422;?#20013;在一起的数据访问权限必须有保障;用合适的用户友好的工具对必要的数据进行信息提取也必须有保障。这是我

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