三維激光掃描技術(shù)在古、舊建筑修護(hù)中的應(yīng)用

歐陽(yáng)玉華

摘 要：隨著三維激光掃描技術(shù)日益成熟，該技術(shù)在眾多領(lǐng)域開(kāi)始了應(yīng)用。本文探討了三維激光掃描技術(shù)在建筑保護(hù)中的應(yīng)用問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：三維；激光掃描；古、舊建筑；原貌測(cè)繪

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

在測(cè)繪行業(yè)，三維激光掃描技術(shù)是繼GPS技術(shù)后出現(xiàn)的又一高新技術(shù)①，對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)和方法提出了挑戰(zhàn)②。該技術(shù)應(yīng)用范圍隨著研究的深入而向不同領(lǐng)域深度和廣度發(fā)展③。在此，以長(zhǎng)沙某民國(guó)時(shí)期修建的一處糧倉(cāng)為例就三維激光掃描技術(shù)在保護(hù)建筑，使其原貌真實(shí)再現(xiàn)的應(yīng)用中所遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行探討，供同行參考。

1 概述

該處糧倉(cāng)所在地要進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在開(kāi)發(fā)期間需拆除該處糧倉(cāng)，等開(kāi)發(fā)完成后要在原址進(jìn)行原貌真實(shí)再現(xiàn)，原始設(shè)計(jì)圖紙由于年代太久找不到了，這就要求通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到糧倉(cāng)精確的尺寸數(shù)據(jù)。由于糧倉(cāng)外形很不規(guī)則，傳統(tǒng)測(cè)量方式難以滿足精度要求，所以采用了三維激光掃描技術(shù)。

2 掃描的原理

三維激光掃描儀主要構(gòu)造是由一臺(tái)高速精確的激光測(cè)距儀，配上一組可以引導(dǎo)激光并以均勻角速度掃描的反射棱鏡④。激光測(cè)距儀主動(dòng)發(fā)射激光，同時(shí)接受由自然物表面反射的信號(hào)，從而可以進(jìn)行測(cè)距，針對(duì)每一個(gè)掃描點(diǎn)可測(cè)得測(cè)站至掃描點(diǎn)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(diǎn)與測(cè)站的空間相對(duì)坐標(biāo)。如果測(cè)站的空間坐標(biāo)

是已知的，那么則可以求得每一個(gè)掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)⑤，原理見(jiàn)圖1。

3 點(diǎn)云的拼接

該處糧倉(cāng)是建筑群，需要進(jìn)行多站掃描，然后多站掃描點(diǎn)云進(jìn)行拼接。為保證拼接的準(zhǔn)確性，本項(xiàng)目利用掃描儀可識(shí)別的標(biāo)靶作為相鄰影像的公用控制點(diǎn)，將拼接精度提高到5mm 以內(nèi)，好的拼接精度可達(dá)到1～2 mm。糧倉(cāng)掃描完進(jìn)行多站拼接后的點(diǎn)云圖如圖2所示。

4 生成二維圖

點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以以任意方式進(jìn)行剖切表現(xiàn)。水平剖切可以產(chǎn)生傳統(tǒng)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(jì)算機(jī)對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行剖切，其產(chǎn)生剖切圖的方法只是需要定義剖切平面位置，再在相關(guān)CAD軟件中進(jìn)行描繪即可根據(jù)需要產(chǎn)生大量的剖切面圖，如圖3所示。

5 三維模型的建立

根據(jù)精準(zhǔn)三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立的三維模型可以全面的提供物體的空間信息，為實(shí)現(xiàn)真實(shí)精確進(jìn)行糧倉(cāng)再現(xiàn)提供了最重要的依據(jù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

三維激光掃描技術(shù)用于古、舊建筑物的修護(hù)、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域還處于起步階段，真三維模型自動(dòng)化建模和紋理自動(dòng)映射等很多工作還有待于隨著三維掃描技術(shù)的進(jìn)一步成熟而進(jìn)行更深入的研究。

（本文審稿 張端丹）