三維激光掃描技術在古、舊建筑修護中的應用

歐陽玉華

摘 要：隨著三維激光掃描技術日益成熟，該技術在眾多領域開始了應用。本文探討了三維激光掃描技術在建筑保護中的應用問題。

關鍵詞：三維；激光掃描；古、舊建筑；原貌測繪

中圖分類號： 文獻標識碼： A

在測繪行業，三維激光掃描技術是繼GPS技術后出現的又一高新技術①，對傳統的測繪技術和方法提出了挑戰②。該技術應用范圍隨著研究的深入而向不同領域深度和廣度發展③。在此，以長沙某民國時期修建的一處糧倉為例就三維激光掃描技術在保護建筑，使其原貌真實再現的應用中所遇到的一些問題進行探討，供同行參考。

1 概述

該處糧倉所在地要進行開發，在開發期間需拆除該處糧倉，等開發完成后要在原址進行原貌真實再現，原始設計圖紙由于年代太久找不到了，這就要求通過現場測量得到糧倉精確的尺寸數據。由于糧倉外形很不規則，傳統測量方式難以滿足精度要求，所以采用了三維激光掃描技術。

2 掃描的原理

三維激光掃描儀主要構造是由一臺高速精確的激光測距儀，配上一組可以引導激光并以均勻角速度掃描的反射棱鏡④。激光測距儀主動發射激光，同時接受由自然物表面反射的信號，從而可以進行測距，針對每一個掃描點可測得測站至掃描點的斜距，再配合掃描的水平和垂直方向角，可以得到每一掃描點與測站的空間相對坐標。如果測站的空間坐標

是已知的，那么則可以求得每一個掃描點的三維坐標⑤，原理見圖1。

3 點云的拼接

該處糧倉是建筑群，需要進行多站掃描，然后多站掃描點云進行拼接。為保證拼接的準確性，本項目利用掃描儀可識別的標靶作為相鄰影像的公用控制點，將拼接精度提高到5mm 以內，好的拼接精度可達到1～2 mm。糧倉掃描完進行多站拼接后的點云圖如圖2所示。

4 生成二維圖

點云數據可以以任意方式進行剖切表現。水平剖切可以產生傳統意義上的各層平面圖， 垂直方向的剖切可以輸出立、剖面圖。由于是由計算機對三維點云數據進行剖切，其產生剖切圖的方法只是需要定義剖切平面位置，再在相關CAD軟件中進行描繪即可根據需要產生大量的剖切面圖，如圖3所示。

5 三維模型的建立

根據精準三維激光點云數據建立的三維模型可以全面的提供物體的空間信息，為實現真實精確進行糧倉再現提供了最重要的依據。

6 結束語

三維激光掃描技術用于古、舊建筑物的修護、結構變形監測等領域還處于起步階段，真三維模型自動化建模和紋理自動映射等很多工作還有待于隨著三維掃描技術的進一步成熟而進行更深入的研究。

（本文審稿 張端丹）