淺談三維激光掃描技術在民族特色村鎮保護中的應用及對策建議

宋雪峰

摘要：三維激光在民族特色村鎮保護與開發中具有獨特的、無法取代的優越性，和數碼相機結合，可以快速建立民族特色村鎮的三維影像模型，實現民族特色村鎮的重建、數字化存檔，以及三維可視建設規劃設計。本文通過三維激光掃描技術在云南省紅河州彌勒縣城子村的應用，梳理該技術在少數民族特色村鎮保護與發展中的重要應用價值，以及存在的問題，并提出對策建議。

關鍵詞：三維激光技術；民族特色村鎮；保護；應用；對策建議

三維激光掃描技術又稱實景復制技術，是一項測繪高新技術，通過高速激光掃描測量，大面積獲取三維坐標點云數據，和數碼相機結合，可以快速建立民族特色村鎮的三維影像模型，實現民族特色村鎮的重建、數字化存檔，以及三維可視建設規劃設計。三維激光掃描技術用于民族特色村鎮保護具備優良的適用性和可靠性，單點向掃描精度達毫米級，掃描間距可達亞毫米級，能將復雜且不規則的村鎮和民居進行完整數據采集，非接觸的測量方式不會對村鎮和民居造成任何損傷。因此，三維激光掃描技術在民族特色村鎮保護中具有重要應用價值。2016年12月，云南省民宗委與大連民族大學土木工程學院合作，對云南省紅河州彌勒縣彝族特色村寨城子村進行了三維激光掃描作業，初步建立城子村點云數據庫和三維立體影像模型，為少數民族特色村鎮數字化保護與開發探索了新方法和新途徑。

一、城子村概況及數字化采集

（一）城子村概況

城子村，位于云南省紅河州瀘西縣永寧鄉，距瀘西縣城25公里。整個城子村依山而建，保留層層而上的土掌房，形成一級級臺階式的民居群。村中土掌房占90%以上，村寨的整體布局依山就勢而行、層層跌落，西高東低、背山面水，幾百戶人家自然相連與山坡融為一體。城子村完整而真實地保存了不同時期建造的民居的不同特點及發展過程，是彝族民居建筑史中的活化石。城子村民居主要有四類，一類是縣級重點保護建筑，如城子大寺（即昂貴土司府舊址）和將軍第（彝漢結合特色建筑）等，二類是傳統土掌房民居，其特點為就地取材，筑土為墻，覆土為頂，室內則用木構架搭建。這類建筑是城子村民居的主體，數量較多，房屋質量也參差不齊。三類是不同時期改建過的土掌房民居。由于近年來村中居民經濟收的增加，生產生活方式發生改變，部分居民被改、擴建，這部分房屋大多采用磚混結構。這類建筑在全村靠山腳下村寨邊緣較多。第四類為近年新建的磚混結構建筑。這類建筑分布于村口河流對岸，與城子村整體風格有較大沖突，不同程度地影響了區域整體景觀及村寨風貌。

（二）城子村數字化信息采集及整理

基于文化、生態、物質文化遺產、旅游四個角度的保護需求，課題組對城子村開展了數字化信息采集和數字化修復整理工作。一是數字化信息采集，通過使用三維激光掃描儀，對城子村分層數字化采集。主要采集土掌房的單體建筑尺寸、每個土掌房的相對位置關系，土掌房細部構件的樣式，同時對村寨地形地貌、自然環境進行1：1實景復制，全面采集城子村坐標數字化信息。二是通過“拼接”、“去噪”、“修復”等處理，將城子村土掌房的整體建筑風貌進行還原，獲取完整的數字化信息。

二、數字模型的應用價值

城子村數字模型建立后，可以開展三維現狀分析圖、三維建設規劃圖、三維住房建設方案圖、VR浸入式場景體驗、“互聯網+”開發、可視化建設規劃設計等方面的應用，將為少數民族特色村鎮保護與開發帶來一場技術性革命。一是三維現狀分析圖，通過對數字模型貼圖處理，可建立城子村三維立體現狀分析圖和二維俯視圖，較傳統無人機或衛星拍照圖紙更為直觀和準確。二是三維建設規劃圖，以數字模型為基礎，可建立城子村三維建設規劃圖，對城子村擬建設項目進行實景規劃設計。三是三維住房建設方案圖，根據民居單體數據，對土掌房進行逆向設計，把擬新建和改造的民居三維模型尺寸、位置、建筑樣式反映到二維圖紙上，指導民居建設，以三維實景技術確保土掌房風格一致。四是VR浸入式場景體驗，利用構建好的場景模型，結合VR虛擬現實技術，創建一個身臨其境的浸入式體驗場景。五是“互聯網+”開發，發揮互聯網的優化和集成作用，以超文本、超媒體技術為基礎，把城子村的土掌房、彝族文化、風景、美食等圖像內容，集成到互聯網中，實現網站及外網訪問，以互聯網為平臺進行旅游宣傳和推介。六是可視化建設規劃設計，整合城子村三維點云數據與場景模型，結合建設項目內容，進行三維虛擬現實建設規劃設計，并根據村鎮的發展需要和資金項目投入情況，適時更新調整三維可視化建設規劃設計。

較傳統規劃設計，可視化建設規劃設計更具操作性，更有實用價值，傳統規劃設計缺陷較多，設計效果與建設效果很難一致，往往規劃設計很美，建設效果很差。同時，在實際工作中傳統規劃設計圖紙在通過評審后往往束之高閣，浪費大量規劃設計經費，而三維可視化建設規劃設計可實現規劃設計的動態完整性和可持續性。

三、存在的問題

一是三維激光掃描技術還不普及，目前只有高校在教學和研究中使用，各級規劃設計院或規劃公司無此技術。二是三維激光掃描技術使用成本較高，一臺激光掃描儀在50萬元左右，設備購買成本高導致規劃設計費用偏高，一個村寨的三維規劃設計費用最低將近25萬元，一個鄉鎮的三維建設規劃設計費用估計超過200萬元。

四、對策建議

少數民族特色村鎮要做到一次規劃、一次建設、一次成功難度還較大，從各州市上報的民族特色村鎮建設規劃來看，村鎮建設規劃編制水平普遍較低，導致部分民族特色村鎮的特色不突出。而三維激光掃描技術是實現精細化編制規劃和可視化實施規劃的唯一途徑。建議：一是由國家民委安排一定經費，云南省民宗委適當配套，重點選擇我省2—4個整體風貌和傳統民居保護較好，并且具備較大開發價值的少數民族特色村鎮，開展少數民族特色村鎮數字化保護與開發試點工作，為少數民族特色村鎮保護與開發探索新方法和新途徑。二是每年打造10個省級重點民族特色村寨，每個投入項目資金400萬元，其中規劃編制費30萬元，州級申報，省級初評確定名單后，由大連民大土木工程學院編制可視化建設規劃，省級組織專家評審，予以重點打造。

【參考文獻】

[1]中共云南省委云南省人民政府關于建設旅游強省的意見（云發2013﹝14號﹞）.

[2]云南省少數民族特色村鎮保護與發展規劃（2016-2020）.