■姚冲 巩维龙

（北京市煤气热力工程设计院有限公司北京100032）

三维激光扫描仪在古建筑测绘中的应用研究

■姚冲 巩维龙

（北京市煤气热力工程设计院有限公司北京100032）

三维极光扫描仪的出现为我国古代建筑物的测绘开辟了一片新天地，相对于传统的使用卷尺、标杆等工具并靠肉眼估读数据的测量方式，三维激光扫描技术的出现使测量更加简单、快速、方便，大大的弥补了传统古建筑测量方式的缺陷，本文主要研究了三维激光扫描仪在古建筑测绘方面的应用和前景。

三维激光技术古建筑测绘应用

1　前言

建筑的测绘工作在建筑学和城乡规划学领域有着非常重要的意义，而建筑测绘工作相比于在现代建筑中的应用来说，更适合古建筑，我国古建筑数量非常庞大，要想做好古建筑文明的保护工作，就必须对建筑物进行详细的测绘，才能采取合理的保护措施，而传统的测量方式过于麻烦，不仅费时费力、费钱费物，而且由于测量数据的读取都要靠肉眼，甚至需要估读，所以不能保证所测得数据的精确性，与实际建筑数据产生的误差较大。三维激光扫描技术是近几年古代建筑测绘领域中新兴起来的一种测绘技术，由于其各方面都远远优于传统的古建筑测绘方式，所以在古建筑测绘领域受到了广泛应用，得到了人们的广泛认可。而且三维激光扫描技术也推进了古建筑测绘工作前进的步伐，为古建筑测绘工作的发展做出了巨大贡献。

2　传统古建筑测绘方式简介

传统的古代建筑物测绘方式都比较复杂，一般都是使用卷尺、直尺、标杆、铅垂线等等。需要人工测量，肉眼读取数据，并且是在二维层面上进行测绘以及对古代建筑物进行分析，并没有太多可以采取的高科技手段，这在目前科技发达、信息全面且获取速度快、传播迅速的二十一世纪就显得有些滞后，而且不仅会产生误差有时也会造成对古建筑的分析了解不够全面彻底，这也为古代建筑测绘工作的发展产生了阻碍。传统的古建筑测绘方式不仅费时费力，它最大的缺点就是精确度不高，古建筑测量数据的精确度受到很多因素的影响，环境因素和人为因素都有可能使古建筑测绘数据产生误差，环境因素比如所测古代建筑物的规模较大、结构较为复杂、或者是所处的地理位置较高甚至天气因素等等都会对测绘工作的正常工作产生影响。人为因素则主要是体现在测绘工作人员的自身原因上，比如说因为测绘时间过长而产生视觉疲劳、或者因为工作人员本身的技术熟练程度不够，职业素养不高、读数不够准确等等。传统古建筑测量具有太多的不确定性，影响传统古建筑测量工作的因素多而杂，所以在这个优胜劣汰的社会中，传统古代建筑测绘方式被其他先进的测绘方式所取代是必然的发展趋势。

3　三维激光扫描技术的发展现状

三维激光技术最初起源于美国、德国等发达国家，在二十世纪六七十年代出现，最初是用于许多三维模型的构建方面，后来因为其研究出来的更加多样的测量方式，所以渐渐地被广泛应用于建筑物和古代文物的测绘方面，目前，三维激光扫描技术已经在国际范围内得到推广，在各种行业各个领域内都可以看到三维激光扫描仪的影子，并且随着国际上不同领域的使用和研究，专家们渐渐发现了三维激光扫描技术在古代建筑物的测绘尤其发挥了重大作用，中而在我国，三维激光扫描技术虽然引进时间较晚，但是到目前也算是发展到了相对成熟的阶段，我国是一个历史文化悠久的国家，具有五千年的华夏文明，古代上留下来的建筑物数不胜数，所以取药测绘保护的古代建筑物和古代文物数量众多，所以三维激光扫描仪在我国古代建筑物的测量上发挥了巨大的作用，对我国古建筑测绘工作的进行产生了深远意义。我国第一次将三维激光扫描技术应用于实际是在2002年用三维激光扫描仪对故宫博物院进行了三维测绘，之后陆续应用到五台山佛光寺东大殿等各类古代建筑物的测绘工作上。大大方便了我国古代建筑物测绘工作的进行。

4　三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用

三维激光扫描技术在古建筑测绘中的突出优势主要表现在对比较复杂的古建筑或古建筑部分的测量上，因为其操作快速简单，而且测量精度高的原因，使得它大大弥补了传统古建筑测量的缺陷。而三维激光扫面技术在古建筑测量中的应用主要有外业数据采集和内业数据处理。下面分别介绍这两个应用部分：

4.1外业数据采集

外业操作其实主要包括所测建筑物的现场情况勘察、测量点的布设、测量标靶的布设和云数据采集等等。外业数据采集又包括三维扫描和影像采集两大部分。三维扫描就是对所要测量的建筑物用三维激光扫描仪进行整体扫描，扫描时先需要进行测绘点的布设，可以根据建筑物的不同情况不同特点，选择自由布设测绘点，或者固定布设测绘点，而且在地貌环境比较复杂、建筑物群体比较密集的情况时，可以适当地增加布设点的密集度，测绘点的布设非常重要，必须要根据建筑物的实际情况合理安排、严谨选择布设点，合理的布设点对建筑物全面准确地测量具有非常大的作用。另外，在三维扫描时，没有必要全部扫描部位的分辨率都特别高，可以根据建筑部的不同部位灵活调整扫描分辨率，比如在对地面或者建筑物的平面部位进行三维扫描时，就可以使分辨率稍微降低，但是在对建筑物中比较复杂的部位或结构进行三维扫描时，就要适当地调高分辨率，这样在保证了建筑物扫描的全面性的基础上又提高了工作效率，减小了工作量。而且在三维扫描时，为了能保证扫描结果最后对三维建模时的正确性，需要较为密集的采集数据，缩小数据间隔，这样才能在最后建立三维模型的时候保证能最大化还原所测建筑物的最真实原型。其次就是影像的采集，影像的采集对古建筑工程测绘也十分重要，影像的采集必须保质保量，保证所采集的图像必须清晰，所以对拍摄环境的要求也较高。

4.2内业数据处理

业内操作主要包括点云数据处理即数据拼接、存储、使用，CAD图形的形成以及三维影像的形成等等。所有内业数据处理其实就是为了形成所测古建筑的三维立体模型，为了更加透彻了解所测的建筑物，从而制定相应的保护措施。点云数据的处理主要包括点云数据的拼接、去躁、点云数据的选取和切片等内容，所谓的点云数据的拼接就是将在实际测量中所测得的古建筑物不同区域、不同部位、不同构件的数据进行整合，是不同部件的所有数据都用到这个建筑物的整体中，从而形成这个建筑物完整的三维空间数据。而数据的去躁则是为了筛选删除一些没用或者误差比较大的点云，这样一来就会减少不必要的计算程序，节省了计算时间，提高了内业操作的工作效率。而且在最后，为各个点云数据选取了合适的坐标之后，形成的坐标图形必须要经过专业CAD软件的切片处理，最后在绘制立面图。

5　结束语

三维激光扫描技术目前在实际应用中还存在着一些问题，需要我们在使用过程中不断摸索不断解决，而且在仪器投入方面的成本也较高，但是比较于传统古建筑测绘方式来看，大大的减少了工作量和外业操作的时间，而且目前我国的三维激光扫描技术已经趋于成熟，所以三维激光扫描技术在古建筑测绘领域的应用一定会越来越广泛，三维激光扫描技术在古建筑测绘上的应用有着巨大的潜在价值，当然，对于目前使用过程中存在的不足或者技术缺陷，我们也应该努力寻找解决方案，完善三维激光扫描仪的使用技术，使三维激光扫描技术发挥其真正的价值。

［1］王莫.三维激光扫描技术在故宫古建筑测绘中的应用研究 ［J］.故宫博物院院刊2011，6

［2］王星杰.三维激光扫描仪在道路竣工测量中的应用 ［J］.北京测绘2012，4

［3］王宁等.基于三维激光扫描技术的古建筑保护分析与展望 ［J］.山东建筑大学2012

［4］周立等.三维激光扫描技术在古建筑修缮测绘中的应用 ［J］.文物2011，8

［5］杨帆等.三维激光扫描技术及其相关软件在建模方面的应用 ［J］.地矿测绘2012

［6］臧春雨.三维激光扫描技术在文保中的应用 ［J］.建筑学报2014，12

P2 ［文献码］B

1000-405X（2016）-8-313-1