三維激光掃描儀在古建筑測繪中的應用研究

■姚沖 鞏維龍

（北京市煤氣熱力工程設計院有限公司北京100032）

三維激光掃描儀在古建筑測繪中的應用研究

■姚沖 鞏維龍

（北京市煤氣熱力工程設計院有限公司北京100032）

三維極光掃描儀的出現為我國古代建筑物的測繪開辟了一片新天地，相對于傳統的使用卷尺、標桿等工具并靠肉眼估讀數據的測量方式，三維激光掃描技術的出現使測量更加簡單、快速、方便，大大的彌補了傳統古建筑測量方式的缺陷，本文主要研究了三維激光掃描儀在古建筑測繪方面的應用和前景。

三維激光技術古建筑測繪應用

1　前言

建筑的測繪工作在建筑學和城鄉規劃學領域有著非常重要的意義，而建筑測繪工作相比于在現代建筑中的應用來說，更適合古建筑，我國古建筑數量非常龐大，要想做好古建筑文明的保護工作，就必須對建筑物進行詳細的測繪，才能采取合理的保護措施，而傳統的測量方式過于麻煩，不僅費時費力、費錢費物，而且由于測量數據的讀取都要靠肉眼，甚至需要估讀，所以不能保證所測得數據的精確性，與實際建筑數據產生的誤差較大。三維激光掃描技術是近幾年古代建筑測繪領域中新興起來的一種測繪技術，由于其各方面都遠遠優于傳統的古建筑測繪方式，所以在古建筑測繪領域受到了廣泛應用，得到了人們的廣泛認可。而且三維激光掃描技術也推進了古建筑測繪工作前進的步伐，為古建筑測繪工作的發展做出了巨大貢獻。

2　傳統古建筑測繪方式簡介

傳統的古代建筑物測繪方式都比較復雜，一般都是使用卷尺、直尺、標桿、鉛垂線等等。需要人工測量，肉眼讀取數據，并且是在二維層面上進行測繪以及對古代建筑物進行分析，并沒有太多可以采取的高科技手段，這在目前科技發達、信息全面且獲取速度快、傳播迅速的二十一世紀就顯得有些滯后，而且不僅會產生誤差有時也會造成對古建筑的分析了解不夠全面徹底，這也為古代建筑測繪工作的發展產生了阻礙。傳統的古建筑測繪方式不僅費時費力，它最大的缺點就是精確度不高，古建筑測量數據的精確度受到很多因素的影響，環境因素和人為因素都有可能使古建筑測繪數據產生誤差，環境因素比如所測古代建筑物的規模較大、結構較為復雜、或者是所處的地理位置較高甚至天氣因素等等都會對測繪工作的正常工作產生影響。人為因素則主要是體現在測繪工作人員的自身原因上，比如說因為測繪時間過長而產生視覺疲勞、或者因為工作人員本身的技術熟練程度不夠，職業素養不高、讀數不夠準確等等。傳統古建筑測量具有太多的不確定性，影響傳統古建筑測量工作的因素多而雜，所以在這個優勝劣汰的社會中，傳統古代建筑測繪方式被其他先進的測繪方式所取代是必然的發展趨勢。

3　三維激光掃描技術的發展現狀

三維激光技術最初起源于美國、德國等發達國家，在二十世紀六七十年代出現，最初是用于許多三維模型的構建方面，后來因為其研究出來的更加多樣的測量方式，所以漸漸地被廣泛應用于建筑物和古代文物的測繪方面，目前，三維激光掃描技術已經在國際范圍內得到推廣，在各種行業各個領域內都可以看到三維激光掃描儀的影子，并且隨著國際上不同領域的使用和研究，專家們漸漸發現了三維激光掃描技術在古代建筑物的測繪尤其發揮了重大作用，中而在我國，三維激光掃描技術雖然引進時間較晚，但是到目前也算是發展到了相對成熟的階段，我國是一個歷史文化悠久的國家，具有五千年的華夏文明，古代上留下來的建筑物數不勝數，所以取藥測繪保護的古代建筑物和古代文物數量眾多，所以三維激光掃描儀在我國古代建筑物的測量上發揮了巨大的作用，對我國古建筑測繪工作的進行產生了深遠意義。我國第一次將三維激光掃描技術應用于實際是在2002年用三維激光掃描儀對故宮博物院進行了三維測繪，之后陸續應用到五臺山佛光寺東大殿等各類古代建筑物的測繪工作上。大大方便了我國古代建筑物測繪工作的進行。

4　三維激光掃描技術在古建筑測繪中的應用

三維激光掃描技術在古建筑測繪中的突出優勢主要表現在對比較復雜的古建筑或古建筑部分的測量上，因為其操作快速簡單，而且測量精度高的原因，使得它大大彌補了傳統古建筑測量的缺陷。而三維激光掃面技術在古建筑測量中的應用主要有外業數據采集和內業數據處理。下面分別介紹這兩個應用部分：

4.1外業數據采集

外業操作其實主要包括所測建筑物的現場情況勘察、測量點的布設、測量標靶的布設和云數據采集等等。外業數據采集又包括三維掃描和影像采集兩大部分。三維掃描就是對所要測量的建筑物用三維激光掃描儀進行整體掃描，掃描時先需要進行測繪點的布設，可以根據建筑物的不同情況不同特點，選擇自由布設測繪點，或者固定布設測繪點，而且在地貌環境比較復雜、建筑物群體比較密集的情況時，可以適當地增加布設點的密集度，測繪點的布設非常重要，必須要根據建筑物的實際情況合理安排、嚴謹選擇布設點，合理的布設點對建筑物全面準確地測量具有非常大的作用。另外，在三維掃描時，沒有必要全部掃描部位的分辨率都特別高，可以根據建筑部的不同部位靈活調整掃描分辨率，比如在對地面或者建筑物的平面部位進行三維掃描時，就可以使分辨率稍微降低，但是在對建筑物中比較復雜的部位或結構進行三維掃描時，就要適當地調高分辨率，這樣在保證了建筑物掃描的全面性的基礎上又提高了工作效率，減小了工作量。而且在三維掃描時，為了能保證掃描結果最后對三維建模時的正確性，需要較為密集的采集數據，縮小數據間隔，這樣才能在最后建立三維模型的時候保證能最大化還原所測建筑物的最真實原型。其次就是影像的采集，影像的采集對古建筑工程測繪也十分重要，影像的采集必須保質保量，保證所采集的圖像必須清晰，所以對拍攝環境的要求也較高。

4.2內業數據處理

業內操作主要包括點云數據處理即數據拼接、存儲、使用，CAD圖形的形成以及三維影像的形成等等。所有內業數據處理其實就是為了形成所測古建筑的三維立體模型，為了更加透徹了解所測的建筑物，從而制定相應的保護措施。點云數據的處理主要包括點云數據的拼接、去躁、點云數據的選取和切片等內容，所謂的點云數據的拼接就是將在實際測量中所測得的古建筑物不同區域、不同部位、不同構件的數據進行整合，是不同部件的所有數據都用到這個建筑物的整體中，從而形成這個建筑物完整的三維空間數據。而數據的去躁則是為了篩選刪除一些沒用或者誤差比較大的點云，這樣一來就會減少不必要的計算程序，節省了計算時間，提高了內業操作的工作效率。而且在最后，為各個點云數據選取了合適的坐標之后，形成的坐標圖形必須要經過專業CAD軟件的切片處理，最后在繪制立面圖。

5　結束語

三維激光掃描技術目前在實際應用中還存在著一些問題，需要我們在使用過程中不斷摸索不斷解決，而且在儀器投入方面的成本也較高，但是比較于傳統古建筑測繪方式來看，大大的減少了工作量和外業操作的時間，而且目前我國的三維激光掃描技術已經趨于成熟，所以三維激光掃描技術在古建筑測繪領域的應用一定會越來越廣泛，三維激光掃描技術在古建筑測繪上的應用有著巨大的潛在價值，當然，對于目前使用過程中存在的不足或者技術缺陷，我們也應該努力尋找解決方案，完善三維激光掃描儀的使用技術，使三維激光掃描技術發揮其真正的價值。

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P2 ［文獻碼］B

1000-405X（2016）-8-313-1