本文關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中的關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

學(xué)術(shù)論文�？�

2013 總第 10 期

三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中的關(guān)鍵技術(shù)研究

RESEARCH ON KEY TECHNIQUES OF 3D LASER SCANNING TECHNOLOGY USED IN MEASURING TRADITIONAL ARCHITECTURE

張遠(yuǎn)翼 張鷹 陳曉娟

Zhang Yuanyi, Zhang Ying, Chen Xiaojuan

摘要/利用三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中的輔助測繪優(yōu)勢，以福建省泰寧縣全國重點文物保護單位之明代古建筑“尚書第”為例，進行3個層面關(guān)鍵技術(shù)問題研究：1) 從點云數(shù)據(jù)的采集、點云數(shù)據(jù)的拼接、點云數(shù)據(jù)的去噪，到CAD圖形的生成和三維空間影像生成等古建筑測繪及數(shù)據(jù)生成處理中的關(guān)鍵技術(shù)問題；2) 針對三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用過程中產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)量、古建筑構(gòu)件的細(xì)部測繪難點等關(guān)鍵問題提出具體應(yīng)對策略；3) 基于傳統(tǒng)測繪法比較研究驗證三維激光掃描儀技術(shù)應(yīng)用于斗栱梁架局部剖面測繪的實際效果。關(guān)鍵詞/三維激光掃描技術(shù)；古建筑測繪；點云數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)處理

ABSTRACT/ Taking the advantages of aided surveying of 3D laser scanning technology in measuring traditional architecture , this paper studies key technical problems on three levels in this field by using the example of surveying “Shang Shu Di”, a national protected heritage of Ming Dynasty in Taining County, Fujian Province. First, the key technical problem is data generation process from the point cloud data acquisition, the splicing of the point cloud data, the noise eliminating of point cloud data, to the generation of CAD graphics and the generation of 3D space image. Second, the paper proposes specific strategies to cope with the huge amount of data and CAD graphics conversion in the application of 3D laser scanning technology. Finally, the paper presents a comparative study and validation of the practical application results of 3D laser scanning technology used in the partial sectional mapping of bracket set and beam-column comparing with traditional surveying and mapping.KEY WORDS/ 3D laser scanning technology; architectural measuring; point cloud data; database; data processing

傳統(tǒng)的古建筑測繪通常使用直尺、卷尺、標(biāo)桿等測量工具。判讀記錄全靠肉眼，測量方法多為“以點概面”，即選取少量構(gòu)件進行測繪而據(jù)以推演。這樣的測繪結(jié)果在相當(dāng)程度上依賴于測繪人的個人經(jīng)驗和臨場判斷，且無法準(zhǔn)確描繪具體構(gòu)件，對于建筑開間、進深、梁柱高度、跨度、屋面曲線、翼角起翹等較大的控制尺寸以及變截面異形體(如，各類梁柱構(gòu)件等)的量取，在完整性和準(zhǔn)確性等方面均存在問題。三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，則可以在精確度、三維虛擬特性及其采集數(shù)據(jù)完整性等方面，輔助改善傳統(tǒng)測繪方式在非規(guī)則、復(fù)雜的古建筑測繪中存在的耗工、耗時、實測遺漏、錯失及無三維虛擬現(xiàn)實等不足。

本研究通過利用三維激光掃描儀對福建省泰寧縣全國重點文物保護單位(以下簡稱：國保單位)之明代古建筑“尚書第”的現(xiàn)場掃描測繪，擬解決三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪及其數(shù)據(jù)化技術(shù)應(yīng)用中的3個關(guān)鍵技術(shù)問題：1) 三維激光掃描測繪數(shù)據(jù)的采集法及其數(shù)據(jù)處理與成果生成技術(shù)；2) 在技術(shù)應(yīng)用層面，針對龐大數(shù)據(jù)處理問題，在數(shù)據(jù)分析、處理、保存和提取利用等理念上取得突破, 提出具體應(yīng)對策略；3) 在三維點云數(shù)據(jù)的平面CAD圖形二維轉(zhuǎn)化技術(shù)上，以古建筑復(fù)雜細(xì)部構(gòu)件測繪為例，解決從其三維激光掃描之點云數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)片段進行二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)問題，并與傳統(tǒng)測繪數(shù)據(jù)進行比較分析實證三維激光掃描技術(shù)輔助應(yīng)用于古建筑測繪的高效性、完整性和精確性。

1 傳統(tǒng)測繪方式在非規(guī)則、復(fù)雜古建筑測繪中存在的不足

傳統(tǒng)的古建筑測繪主要以人工進行單點數(shù)據(jù)采集和測量古建筑及其構(gòu)件的二維正投影尺寸，通常采用傳統(tǒng)的卷尺、鉛垂線、標(biāo)桿、梯子，也有輔助采用激光測距儀等工具，來獲取古建筑及其構(gòu)件的相關(guān)二維數(shù)據(jù)信息(圖1)。傳統(tǒng)的古建筑測繪方式操作簡單，但就非規(guī)則、復(fù)雜古建筑測繪的特點及其要求，存著以下不足。

1) 精確度不高，易產(chǎn)生誤差。由于受環(huán)境因素、測量工具誤差、以及測繪人員的分辨率、視覺疲勞、技術(shù)熟練程度等因素的影響，很難精確地記錄古建筑的尺寸和現(xiàn)狀信息。如：對于規(guī)模大、復(fù)雜的古建筑(通常不是單體建筑，而多為多進式院宅)及其細(xì)部構(gòu)件，各個單體部分分別測出的尺寸與整體測出的尺寸數(shù)據(jù)往往不吻合，在單體古建筑及其各部細(xì)部構(gòu)件部位尺寸拼接過程中，測量數(shù)據(jù)往往不能完整閉合，而需要人為進行校正。這些過程將產(chǎn)生實測數(shù)據(jù)與實物的較大偏差。

2) 精細(xì)度不夠，，容易造成錯失與遺漏。在實際測繪過程中，一些重要的現(xiàn)場信息，如屋頂梁架、斗栱、隔扇、雕花、牌匾及其圖樣文字等，通常由于位置較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以測量，容易發(fā)生遺漏和錯失等問題，而后期補遺將耗費人力、物力、財力和時間等；有的數(shù)據(jù)遺漏只會在進行古建修繕或使用數(shù)據(jù)時方才發(fā)現(xiàn)。

3) 復(fù)雜度高、耗工耗時。對于有大量古建筑群落及其構(gòu)成環(huán)境的街巷空間而言，由于其長期承受荷載、基礎(chǔ)沉降不均、外界

2012國家科技支撐計劃課題(2012BAJ14B05)；國家自然科學(xué)基金項目(51278123)；福建省自然科學(xué)基金項目(2011J01303)；福建省中青年教師科研項目(JA13048)作者單位：福州大學(xué)建筑學(xué)院(福州，350108)收稿日期：2013-03-28

  本文關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中的關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。