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摘要：古建筑延续了历史文脉，是人类文明的载体。随着社会的发展，古建筑的价值逐渐受到人们的高度重视。对于古建筑，必须采取积极的手段进行保护和利用。保护和利用过程需要对古建筑进行精确的测绘工作，但是传统的测绘方式难以对古建筑进行快速测绘和对建筑立体空间进行清晰的表达。基于传统测绘技术的局限性，在古建筑测绘领域中逐渐出现了一种新型三维测量技术，即三维激光扫描技术。
关键词：古建筑测绘；三维激光扫描技术；运用
1.古建筑特征及三维激光扫描技术运用的优越性
中国古建筑在外型上主要由屋顶、屋身和台基三部分组成；建筑的结构有石块和木质，其中 80%以上是木质结构。细部台基、立柱、斗拱和屋顶结构繁杂；门窗天花板形式多种多样，图案栩栩如生。其建筑物内涵极为丰富，因而对保护建筑物这些特征所要求的技术非常高。
古建筑测绘中，采用三维激光影像扫描技术，能在不损伤建筑物的条件下，快速采集古建筑物外部表面的精确数据。通过使用软件，可以快速地为扫描获得的点云赋予相应的彩色信息，再经过加工便制作成正射影像，向用户展示一个完全的实景彩色图像。相对于以往近景摄影来说，正射影像具有更为精确的可量测性，古建筑设计和保护人员可以精确对门、窗、柱、梁等构件进行测量，借助CAD便可以制作出用于施工的CAD数据图。
2.古建筑三维激光扫描技术测绘流程
2.1建立古建筑的形体属性
使用三维激光扫描技术，对古建筑及其周边环境做整体性的扫描纪录。即以需要进行测绘的古建筑为中心，向周边一定范围推进，并在合理的位置设立扫描站点，再针对构件、结构、雕塑、细节等做精细扫描，并将全部扫描站点利用重复参考坐标系做全景拼接，以获得完整的历史地段控件属性。
2.2整理、完善原始古建筑信息的保存
对于历史建筑的保护，最为重要的就是原始信息的保存，做法是对经由三维激光扫描后得到的精确点云数据作重新优化处理并附上色彩属性，而后依据保存记录的各项需求，将数字点云建筑模型做分解动作；经由正射切割的三维模型投射到同一平面系统之后，可制作成正射影像或直接导出点云数据，再依据影像和数字点云信息描绘边缘成为常用二维CAD静态图像，如：平面、立面、剖面、大样等，即可完成对历史建筑现状图面保存记录。
2.3建立古建筑数字信息数据库
将处理完成的数字化信息依据历史建筑尺度大小、构件属性、文件格式、媒体类别等分门别类，并在同一虚拟平台上建立完整的数据库系统，以辅助工作组间数字信息资料的相互搜寻、查询、编辑、传送，如此建立完成后的古建筑数字化信息能被多元化的交互使用。
2.4制作相应的RP模型
三维激光扫描的点云数据经由RP程序所建构来的实体化模型，在掌握空间尺度后，可以检测历史建筑的变形量、沉陷量、偏移量，同样的方式也适用于但以构件或浮雕装饰，对今后古建筑的修护工作起到重要的作用。
2.5以扫描所取得的数据为基础，通过软件的编辑和适当的显示接口，可以制作虚拟实境及环场影像。通过这种方法可以在人们面前真实地再现历史建筑及其周边环境。
3.某明代民居古建筑中三维激动扫描技术的运用
本次实例以某一明代民居的测绘为对象，其是第三批全国重点文物保护单位，采用三维激光扫描仪 Scanstation C10测绘仪器，该仪器具有测量精度高、全天候、多方位和操作简便等特点，在快速获取三维数据并建立三维立体模型方面具有较强的优越性。
3.1外业数据采集
外业操作主要包括现场勘察、布设测站点和测量标靶、获取点云数据。因被测建筑物面积较大，角度复杂，为避免扫描盲区，在获取古建筑物点云数据时，应合理设置测站点与测量标靶，进行多测站、多方位扫描等数据采集。
本次数据采集共布设16个测站点和8个测量标靶。为了将多个测站扫描获取的不同坐标系的点云数据拼接到同一坐标系中，以获得对象表面完整的形状信息，合理地布置标靶尤为重要。基本方法与原则：①每两个测站之间至少应放置3个不在同一直线上的标靶；②测量标靶的位置要遵循“为下一个测站服务”的原则，尽量做到“多站式兼顾”，即将标靶设置在尽可能多的测站都能扫描得到的位置，以减少标靶数量和点云数据在多站点拼接处理的误差；③避免遗漏设置标靶。
3.2内业数据处理
内业操作主要包括点云数据的拼接与去噪、点云数据的选取与切片、CAD 图形及三维空间影像的生成以及数据存储与提取使用。拼接主要通过群组定位系统法将单体古建筑与细部构件定位到古建聚落组群中，即将多个测站的点云拼接到同一坐标系中，以获得目标实体完整的空间数据信息。去噪是为了删除无效的点云，减小计算机处理数据的开销，提高计算机的数据处理能力。
本次古建筑聚落测绘的噪点比较明显，故采用肉眼判断，将点云数据进行分割，采取人机交互直接删除的方法进行去噪。由于受获取点云数据时扫描方式、仪器初始化等的影响，获取到的点云数据模型往往没有准确的坐标轴，因此必须先利用Cyclone软件确定坐标，然后统一（Unify）点云，将点云数据模型进行优化，再利用Cloudworx插件将点云数据模型导入Auto CAD中，进行平面切片、立面切片、剖面切片。最后，利用Auto CAD的绘图功能根据切片特征点和点云数据进行描绘图。隐藏点云，最终得到“尚书第”主入口的平面、立面及剖面图，其中主入口剖面如下图1所示。
图1
结束语：三维激光扫描技术运用于古建测绘工作中，为古建筑研究与保护提供了新的手段。它在获取信息的全面性、以及测绘工作的高效性等方面具有传统测量技术无法比拟的优势。尤其是它“非接触式”的测量的手段，不会对传统古建筑造成损伤，正体现了古建筑保护的核心思想。因此，这就要求相关人员重视三维激光扫描技术在古建筑测绘领域的应用与研究，不断提升技术的使用效率及效果。
参考文献
[1]毛方儒，王磊.三维激光扫描测量技术[J].宇航计测技术.2012.
[2]查燕萍，龙北平.三维激光扫描技术在万寿宫古建筑群测量中的应用[J].江西煤炭科技.2015.
[3]叶晓婷.三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用分析[J].城市勘测.2014.
论文作者:冯进标
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：古建筑论文; 数据论文; 激光论文; 技术论文; 测量论文; 信息论文; 建筑物论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;