古建筑顶部摄影测量用标靶布设装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及建筑遗产数字化，测绘、测量，以及图像处理等综合应用技术领域。
【背景技术】
[0002]—、古建筑测量技术
[0003](I)古建筑测绘需求与测量设备发展概况:
[0004]古代建筑在建设之初所用图纸多已流失，因此古建筑测绘成为古建筑保护的首要工作之一。当前古建筑测绘已发展到数字化阶段，地面三维激光扫描、低空摄影测量替代尺子作为获取高密度数据的两种最主流手段。地面激光扫描受到地面作业的低角度局限，古建筑上半部、顶部获得去的数据常出现稀疏、缺漏；如果古建筑体量高大，或者受到地形、周围树木遮挡等影响，甚至常出现顶部数据盲区。低空摄影测量是使用无人垂直起降飞行器携带相机在古建筑附近实施围绕飞行拍摄，通过摄影测量软件的处理生成密集点云数据。低空摄影测量机位可以自由调整，避开地面植物遮挡，因此低空摄影测量更具有技术优势。
[0005]低空摄影测量和地面激光扫描两者都依赖全站仪提供控制点坐标，以建立正确的坐标系，控制点的精度是测绘的关键点之一，而控制点的精度不仅基于全站仪设备固有精度，也受目标反射率、人为瞄准精度等影响，因此建筑物自然特征点的质量不高，如要提高精度水平，就需要人工标革巴。
[0006](2)现有各种测量标靶及其重要性、常见布设方法:
[0007]标靶是黑白反差明显、有明确几何中心、以一定数量分散贴在被测物体上的人工标志物(图2)，因为古建筑多自由曲面且存在破损，建筑构件重复度高容易混淆，因此如果不布设人工标靶，全站仪瞄准自然纹理、图案很容易出错，而人工布设的标靶具有明确的轮廓、准确的几何中心，不会和建筑上的图案混淆，能够极大提高定位的精确性。自然特征点除了几何中心不易确定的缺点外，古建筑不同构件的材料不同(例如琉璃、玻璃、木材等)，反射性不同，也容易导致全站仪无法读数或读数不准，而人工标靶统一制作，表面反射性相同，可避免上述问题，提高读数可靠性。
[0008]标靶的一般布设要求包括:a.在测绘全过程中必须固定不动。目前标靶布设大多采用人员在墙上粘贴等方式布设以保证牢固不动(图3)。b.在一场景中，控制点(标靶)数量必须多于三个，多出来的标靶可用于校核测量精度。c.控制点标靶应尽可能分散布设在古建筑上高、低、前、后各个不同的位置，对于高大古建筑，在建筑顶部也应布设。在墙面贴的标靶不能替代古建筑顶部标靶。根据标靶均布原则，必须在建筑顶部，尤其是塔楼、高耸建筑最高处布置标靶，才能达到测量控制的目的。此外为了发现顶部沉陷、倾斜等病害，或者详细测绘吻兽等细节装饰构件，也需要准确的控制点标靶，否则单独摄影测量获得的吻兽精细数据与建筑整体数据拼合时容易产生拼缝、重叠等问题。
[0009](3)当前标靶布设存在的主要问题:
[0010]当前标靶布设面临的最主要难题是建筑高处标靶布设困难。地面或墙面低处测量标靶人工布设容易，古建筑高处或顶部标靶布设需要搭梯攀爬，不仅存在人员安全风险，而且有可能会踩坏顶部瓦件，如果使用起重车，则在古建筑院内运输困难、操作不灵活。鉴于上述困难，目前测绘标靶的布设大多限于地面，对于塔楼这样的建筑精度难于保证，也难于对吻兽细节测绘进行精确控制。
[0011]因此，快捷、安全地在高大建筑上部布设标靶是古建筑低空高精度摄影测量急需解决的难题。
[0012]二、古建筑色彩准确获取技术
[0013](I)古建筑色彩准确获取技术及其与摄影测量的结合:
[0014]古建筑的重建、修缮都要求对其构件表面色彩准确获取，而相机拍摄效果受到光照强度、色温、构件朝向、相机参数等多种因素影响，数值不可能准确，因此目前拍摄过程中都要使用标准色卡用于校色，最简单的色卡是中性灰色卡，可以校正曝光强弱、偏色等基本问题(图4)，复杂的如24色卡(图5)甚至更多颜色的色卡，可以对某个颜色进行更为精确的度量。中性灰色卡是基本的、最常用到的颜色校正工具。
[0015]低空摄影测量是基于高质量照片生成点云，因此点云自动带有照片的色彩，可直接投影生成尺寸准确的“彩正射影像”，是古建筑测绘的新型成果。为了让正射影像不仅尺寸准确，颜色也准确还原，就需要使用色卡对曝光强弱、偏色问题进行校正。
[0016](2)建筑各部位色卡的快捷布设亦是古建筑色彩准确获取的难题:
[0017]在墙根边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、不同构件处在不同的照明条件下，因此墙根边竖立的色卡只能用于校正附近墙面颜色，并不能准确校正檐下昏暗环境中的斗拱，或者坡屋顶表面。
[0018]地面放置的色卡校正效果有限，但色卡在高处的布设也同样面临人员攀爬、设备举升等难题，因此目前较少实施。
【实用新型内容】
[0019]本实用新型目的是:在替代人员搭架攀登或特种车辆举升的条件下，于古建筑上半部、顶部快速布设一定数量、符合全站仪要求的标靶，避免使用自然特征点，提高古建筑顶部测绘精度；同时布设符合色彩校正要求的中性灰色卡标靶，保证“彩正射影像”这一摄影测量成果的颜色精确度，提供一种古建筑顶部摄影测量用标靶布设装置。本实用新型的优点在于布设过程自由、快捷、方便、无需人员攀爬，且标靶本身在测量过程中能够保持固定不动，满足高精度摄影测量的要求，同时又对古建筑无损伤，对景观环境和拍摄效果干扰小。
[0020]本实用新型技术方案
[0021]一种古建筑顶部摄影测量用标靶布设装置，该装置包括一个外伸管，外伸管的根部设置有一个可调整俯仰角度的安装架，所述的安装架通过旋转铰和紧固螺栓固定在外伸管的根部；外伸管的内部设置有一个抽气管，抽气管的根部通过抽气口与抽气泵连通，抽气泵与电动机连接，外伸管的前端固定安装有一个与抽气管连通的吸盘，摄影测量用标靶被吸附在吸盘上；外伸管的前端外侧固定安装有一个触碰式开关，触碰式开关包括一个固定座，固定座上安装有一个导向套，导向套内安装有一个伸缩触发杆，伸缩触发杆的根部为一段金属导电体，该金属导电体同时与导向套上相互绝缘安装的两个触发电极电接触。
[0022]所述的伸缩触发杆与外伸管平行，伸缩触发杆的末端探出在外伸管前端安装的吸盘的末端。所述的外伸管上同时安装有一个平行于外伸管的激光发射器，用于向前端发射一束激光。
[0023]所述的摄影测量用标靶为圆形片状标靶，标靶的背面贴附有海绵双面胶，标靶的正面为摄影测量用标志，所述的标志分为两种，一种是印刷有黑白两色间隔布置的类似“宝马车标”的标志，另一种是印刷有中性灰色的用于颜色校正的标志。
[0024]本实用新型的优点和积极效果:
[0025]本实用新型同时满足古建筑测绘对标靶布设的以下各项要求:
[0026](a)布设操作便捷、快速，且全过程完全无需人员攀爬。本方案通过标靶及其布设装置的设计，利用无人垂直起降飞行器这一古建筑低空摄影测量已有设备进行高大古建筑顶部标靶的快速布设，不需要人员攀爬古建筑或使用特种车辆，不仅避免人员风险而且保护古建筑不被人踩坏。
[0027](b)标靶布设的高度、位置自由。使用无人飞行器而非升降机布设标靶，不仅速度更快而且布设位置更自由，不仅满足测量控制点均布的要求，而且能够满足不同朝向、多个表面色彩单独校正的需求。
[0028](c)中式古建筑普遍适用，对遗产及其景观无损害。可以在古建正脊、吻兽侧面、墙面、梁柱侧面等多种构件上黏贴，普遍适用于大殿、塔刹、经幢等多种高大古建筑测绘。此夕卜，本方案采用黏贴的方式布设控制点，对于建筑本体无损害，标靶体积小，飞机高分辨率相机可以拍到，但地面肉眼不易察觉，对建筑观感无影响。
[0029](d)装置体积小、重量轻，结构简单实用。装置结构简单、不易损坏，便于运输、携带，标靶布设速度快，现场作业周期和成本并未明显增长，非常适用于古建筑测绘野外作业。装置重量可做到小于300克，微型垂直起降飞行器即可吊运。
[0030](e)以一套设备解决定位控制和色彩校正两个难题，从两个方面显著提高了高大古建筑低空摄影测量的成果质量。对于色彩校正，本方案不仅可以使用中性灰标靶，也可以根据需要黏贴橘红色标靶到琉璃上，或者黏贴大红色标靶到红漆木柱上，有针对性地对某一类色彩进行校正。因此，本方案用一种手段同时解决了古建筑色彩校正、曝光校正、顶部测量控