發(fā)布時間：2020-08-09 14:59

【摘要】：中國文化悠久的歷史給我們留下了豐富的歷史建筑資源:截止至2016年,國務院公布的全國重點文物保護單位總計4296處,省級文物保護單位上萬處,市、縣級保護單位及未列入各級文物保護單位的不可移動文物數(shù)十萬處。同時,中國文物建筑分散極廣,遍布全國多個省市。文物建筑點多面廣帶來的問題是中國古建筑的資料存檔、保護修繕工作量需求極大;但我國的文物保護專業(yè)人員數(shù)量卻明顯偏少~([1]),隊伍整體水平也偏低。并且,以木質(zhì)材料為主的中國古建筑,其材料特質(zhì)和特性決定了其保存難度大,保存時間短。木材易腐易燃,一旦發(fā)生自然因素破壞或人為因素損毀~([2]),其研究領域與文化領域的價值損失不可估量,且永不可逆。而現(xiàn)階段想要降低損失的危害和風險,就必須做好文物建筑的資料保存工作和測繪工作。傳統(tǒng)古建筑測量多采用人工現(xiàn)場借助直尺、卷尺等傳統(tǒng)工具和全站儀、激光測距儀等測繪工具對古建關鍵位置進行單點采集測繪,測繪效率低下,人工干預性大。而上世紀九十年代中期開始出現(xiàn)的三維激光掃描技術(shù)通過高速激光密集打點進行掃描測量,可以快速、海量采集空間點位信息。同時,其非接觸、數(shù)字化、自動化的特性也在文物建筑數(shù)字化保護的領域具有天然優(yōu)勢。在國際文化遺產(chǎn)保護界已越來越引起關注,并成功運用在不少文物建筑保護工程當中。該技術(shù)自引入到中國古建筑測繪領域后,近十年來雖然已進行了大量文物建筑的采集與測繪工作,但由于專業(yè)人員缺乏,技術(shù)更新?lián)Q代較快,以及缺乏相應的行業(yè)標準,三維激光采集技術(shù)一直缺少在整體上能夠應用到中國古建筑保護修繕工作中的技術(shù)與方法體系,以及與之有關的針對性研究。尤其在中國古建筑掃描測繪工作中,普遍存在著方法不適用、成果不實用的問題。因此,在當前文物建筑數(shù)量眾多、保護人員嚴重缺乏的矛盾面前,以古建保護修繕需求為研究目的,對三維激光掃描技術(shù)進行適宜方法、流程及應用研究是非常重要且十分必要的。本文從三維激光技術(shù)領域中常被濫用和錯用的精度研究及布站研究入手,根據(jù)中國古建筑保護修繕的測繪及制圖標準,以理論研究與實驗相結(jié)合,實際需求與實踐相結(jié)合的研究方法,針對以下內(nèi)容進行了整理及研究:(1)通過原理分析及實地實驗,對三維激光采集技術(shù)應用于測繪領域中最重要的精度問題進行深入了解,測試影響測量精度的因素及關系,總結(jié)提高測繪精度的適宜方法。(2)根據(jù)中國古代木構(gòu)建筑測量及保護修繕制圖需求,通過引入傳統(tǒng)測量標準,在滿足資料保存精度和原真性的基礎上,研究系統(tǒng)科學的布站方案,并結(jié)合設備性能及特點制定三維古建采集適應精度采集方案。(3)通過設計試驗,驗證三維數(shù)據(jù)拼接精度的影響因素,研究點云格式、抽析比率對于拼接精度的影響,及不同主流點云平臺自動拼接精度比較,驗證整體控制網(wǎng)在三維古建筑采集中的必要性(4)通過試驗研究各種不同格式點云數(shù)據(jù)的存儲方式,了解海量數(shù)據(jù)的存儲原理及壓縮方式,從大量點云格式中優(yōu)選出適宜存儲格式和壓縮方式。并利用置換貼圖技術(shù)改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮思路,利用降維手段提高數(shù)據(jù)壓縮比,針對海量數(shù)據(jù)進行有效的優(yōu)化,使其適用于中國古代建筑,尤其是官式建筑的巨大規(guī)模的調(diào)用、呈現(xiàn)與研究應用。(5)根據(jù)中國古建筑保護修繕剛性需求,總結(jié)、歸納現(xiàn)階段三維掃描數(shù)據(jù)向AutoCAD矢量工程圖轉(zhuǎn)化的多種途徑與方法,加強三維掃描技術(shù)在古建保護修繕領域的適用性與實用性,解決現(xiàn)階段海量建筑資料保存需求。在本課題研究開展的過程中,北京工業(yè)大學有幸承擔了由北京市文物局主導的北京市85處重點文物保護單位,總計1097個單體建筑的的數(shù)字化采集與存儲項目,為采集數(shù)據(jù)優(yōu)化及研究提供了大量寶貴的實踐經(jīng)驗和研究樣本。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU-87
【圖文】：

正由于其非接觸、快速、準確、高效的信息采集能力被大量應用在中國古代建筑的保護修繕領域。1.1.1 三維激光采集技術(shù)概述能從現(xiàn)實空間獲取三維立體幾何信息并捕捉至計算機的技術(shù)都是三維掃描技術(shù)，而應用在建筑、文化遺產(chǎn)領域的三維激光掃描儀屬于三維掃描儀里的一個分支。任何技術(shù)的產(chǎn)生都是由需求催生而來，三維掃描儀也不例外，其最早被發(fā)明的原動力，是為了解決復雜形體的測量問題。早期的三維掃描儀，大多是接觸式的，通過復雜機械臂竿記錄的移動、旋轉(zhuǎn)等信息（圖 1-1），計算機可以逆運算推出探頭接觸到物體表面時的空間坐標，這個坐標除了傳統(tǒng)的二維平面信息外，還有一個記錄深度的 Z 軸信息。正是由于記錄了深度信息，使得計算機對于一個現(xiàn)實形體的測量，比傳統(tǒng)圖紙整整多了一個維度。而機械傳導記錄的精準性不斷在提高，導致三維采集的精度也在不斷提高，很快就被利用在了工業(yè)制造領域，用于檢查最終零件的加工精度。

北京工業(yè)大學工學博士學位論文置，單人進行掃描時較為費力，工作效率低。但法如（FARO）的 Focus3d系列，一下將激光TLS掃描儀的體積縮小了一般，同時重量控制在5kg左右，電池、電源都大幅縮小，并可以安裝在攝影三腳架上進行掃描，大大降低了單人操作的負重，提高了換站效率與便利性（對比如圖 1-2）。同時，由于成本降低，這臺 TLS 站式掃描儀的售價還不到傳統(tǒng) TLS 掃描儀的一半，大大增加了產(chǎn)品的普及率。雖然在精度上，F(xiàn)ocus3d 系列做不到很高，但在不少場合也足夠使用。

圖 1-3 現(xiàn)階段三維數(shù)字化采集應用主要流程Fig. 1-3 General Workflow Of 3d Acquisition & Application On Historical Architectures根據(jù)現(xiàn)階段保護修繕研究需求及三維激光采集應用流程分析，本文著重研究的內(nèi)容有：(1) 針對中國古代建筑的三維激光采集適宜精度研究傳統(tǒng)的三維掃描采集從儀器選擇到站位布設、方案選擇直到最終的數(shù)據(jù)處理，大多參考甚至照搬西方建筑遺產(chǎn)掃描流程與方案，或根據(jù)掃描儀硬件生產(chǎn)設備商的培訓機械式學習實施，缺乏針對中國特定建筑結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的專門研究，尤其在大尺度、院落級中國古建筑的三維采集中缺乏相應的標準及適用性研究。在本文第二章中，將從三維激光本身精度、與 GPS 大地坐標相對接的控制網(wǎng)布設、三維激光掃描布站優(yōu)化分析及三維激光掃描儀的儀器適宜選擇這幾個方向針對三維激光采集標準入研究：首先，通過真實建筑構(gòu)件或等比例中國古建筑模型設計具有針對性目的性的19

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2787277