廣州天河區歷史建筑普查技術路線研究

宋奇鴻，余凌燕

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

建成30年以上且未公布為文物保護單位，也未登記為不可移動文物的建(構)筑物，符合一定情形的，可以確定為歷史建筑[1]。廣州是有著兩千多年歷史的中國歷史文化名城，天河區是廣州市新城市中心區，是廣州市東進軸與南拓軸交匯點，在長期的城市發展過程中，留下了許多優秀的城市建筑。為發掘有價值的歷史文化遺存，采取積極措施加以保護，防止出現歷史文化遺存被破壞事件，天河區對轄區內所有“已批未建”地塊范圍的歷史文化遺存進行“地毯式”核查。

考慮到核查工作量巨大，為提高工作效率，應充分利用現有地理信息檔案數據。國內外的歷史建筑普查研究更多地集中在規劃方面，如建筑評價體系的構建與分級、認定標準的討論等[2]。而測量技術的具體運用與實踐，尤其是測量技術路線的研究則鮮見其蹤。本文主要以此為研究背景，梳理和探討了以影像變化檢測技術和地面LiDAR技術為基礎的歷史建筑普查和模型數據建庫技術路線，并對此進行了總結。

2 總體技術路線研究

針對30年樓齡的基本普查要求，采用1978年版 1∶2 000地形圖為基礎資料，通過變化檢測，將1978年地形圖與2010年地形圖進行疊置、檢索和判讀，能快速得到樓齡超過30年的建筑位置，在此基礎上進行現場確認、補充、調查登記，以保證歷史建筑線索核查的完整性。此外，考慮到歷史建筑的重要性和不可恢復性以及傳統測繪技術在歷史建筑和文物保護方面的局限性，對于判定的重要歷史建筑，采用三維激光掃描技術，提供全息數字三維真實模型，并建立GIS數據庫，確保歷史建筑及文物在受到人為因素或自然因素的破壞后，為還原、維修和恢復提供最精確的資料和依據。路線如圖1所示。

圖1 天河區歷史建筑普查總體技術路線

2.1 確定1978年建成區

天河區行政管轄137.38 km2[3]，涉及 1∶2 000地形圖逾202幅。1978年版 1∶2 000地形圖只有掃描文件存檔，為保證歷史建筑位置的準確性，同時便于與現狀矢量化地形圖進行比對，首先利用我院EPS電子平臺對掃描圖逐幅進行位置校正和拼接，在此基礎上導入天河區行政界線，并根據建筑分布大致確定1978年建成區范圍，如圖2所示。

圖2 早期建成區范圍確定示意圖

2.2 已批規劃用地篩選

經核查，天河區成立至今已批規劃用地 3 684宗，總批地面積約 66 km2；將市規劃局GIS平臺用地紅線數據疊加到上圖，得到處于78年建成區范圍內的用地共 1 620宗，涉及總面積 31.4 km2。除去已經核查的“2+3+9”平臺[4]范圍，剔除100 m2以下、已建小區、道路、禁止測量、空地等范圍，另外再剔除(已經主動申報地塊內疑似歷史建筑，并由相關專家完成判定工作的)華南理工大學、中鐵現代物流配送中心等2個地塊，最終確定需詳細普查的地塊有105宗，面積 3.9 km2。

2.3 疊置分析提取疑似歷史建筑線索

在天河區105宗用地上疊加1978年版和2010年版地形圖進行檢索、判讀和分析，如圖3所示，得到同時存在于兩個版本地形圖上的建、構筑物，初步可以作為普查候選目標，也即保存30年以上的疑似歷史建筑，如圖3～圖5所示。

圖3 1978基礎地形圖

圖4 2010年地形圖變化檢測判讀

圖5 疑似歷史建筑線索分布圖

2.4 疑似建筑線索現場核查與現狀測量

(1)現場核查與GIS屬性調查

對標定的疑似歷史建筑線索進行建筑周邊環境、建筑總體樣式、建筑立面、建筑細節特寫等取照和GIS屬性調查，錄入建筑名稱、建筑地址、建設年代、使用用途、歷史典籍以及有無新的疑似歷史建筑線索等。同時對周圍其他未作內業標定的建、構筑物進行排漏，并對現場照片、外業圖表進行分類整理，制作相應地形圖、衛星影像圖圖示，統計得到《廣州市歷史建筑普查成果錄入用表》，如表1所示。

天河區(已批未建地塊)歷史建筑線索統計表 表1

《廣州市歷史建筑普查成果錄入用表》示例(部分)

(2)現狀測量

歷史建筑現狀測量通常利用GPS、全站儀、測距儀等完成平面及四至關系、立面或剖面特征點的位置以及相應特征線距離(如圖6所示)，進而利用古建筑設計和現狀的幾何關系繪出線性特征圖，得到歷史建筑的平面位置關系圖數據。

圖6 立面特征點測量

數據匯總并提交相關建筑學專家研判后，對各文化遺產線索應作詳細性情況描述，并提供周邊現狀地形圖，如圖7所示(以丁穎舊居為例)。

圖7 丁穎舊居文化遺產線索詳細性描述

2.5 重要歷史建筑線索三維掃描歸檔

采用GZCORS-RTK布設高精度的控制網，獲取高精度的控制點坐標并轉換為1980西安坐標系統，將平面及高程分別進行平差計算，以獲得高精度的靶標點位，并為后續的配準提供精確的轉換坐標。為了能夠準確地提取靶標中心點，也應對靶標分別采取了較高分辨率的掃描。采用全站儀測量靶標，以獲取其在控制網坐標系下的坐標。

(1)點云去噪與補洞

采集的原始數據，含有較大的噪聲，可以先在掃描儀自帶的軟件內進行粗略的去噪，然后在Geomagic Studio等軟件中進行進一步細化。點云的補洞也在Geomagic Studio中進行，生成網格模型后，Geomagic Studio能夠自動識別模型的孔洞，運用手工的方法進行補齊。

(2)各站拼接檢查

點云去噪和補洞之后，即可開始配準。靶標齊全的點云，使用控制點配準，將點云配準到控制網坐標系下；靶標缺失的點云，利用公共區域尋找同名點對其進行兩兩配準，當同名點對不能找到時，利用人工配準法。這兩種方法均為兩兩配準，為了將所有點云轉換到統一的控制網坐標系下，并與控制點配準法得到的點云接合在一起，兩兩配準時要求其中一站必須為已經配到控制網坐標系下的點云。

(3)表面重建

點云的表面重建在Geomagic Studio中通過生成準確的三角網模型完成。由于點云本身的離散性，會導致模型存在一定缺陷，需要在多邊形階段對其進行修補、調整等操作后，才能得到準確的實物數字模型，如圖8所示。

圖8點云數據表面重構建模

3 結 語

歷史建筑普查涉及專業跨度大，普查范圍廣，測量難度大，歷史建筑物數量多，分布分散等諸多棘手問題。本文探討采用建筑、測量、遙感和GIS多專業融合，內業排查、檢索、判讀、GIS調查和現場測繪等多手段聯合的模式，多技術的普查成果互為補充，摸索設計出基于變化檢測技術和地面LiDAR的重要歷史建筑線索普查路線：即通過多時相、多源地圖數據疊置分析，先內后外的變化檢測技術代替人工盲目篩選，大大提高了準確性和作業效率，基于地面LiDAR技術對重要線索進行掃描、建模歸檔，為歷史建筑的保護和修復提供了精確的資料數據，對同類普查項目具有一定的示范意義。

[1] 廣州市政府. 廣州市歷史建筑和歷史風貌區保護辦法[S].

[2] 董菲，袁諾亞，羅潔斯等. 武漢市歷史鎮村保護性建筑普查方法[J]. 規劃師，2016(32).

[3] 評論員. 咬緊“2+3+9”重大發展平臺建設不放松[N]. 廣州日報，2013-8-6(A2).

[4] 劉先覺，陳澤成. 澳門1900年前重要建筑普查研究報告[J]. 華中建筑，2002(6)：63～78.

[5] 賀軍政. 利用ArcGIS制作建筑普查成果圖冊[J]. 測繪與空間地理信息，2010(4)：109～111.

[6] 李琳琳，謝偉秋，劉鋒. 歷史建筑和歷史風貌區普查成果的質檢技術標準研究[J]. 測繪與空間地理信息，2016(2)：180～182.

[7] 李琳琳，謝偉秋，劉鋒. 歷史建筑和歷史風貌區普查成果的質檢技術標準研究[J]. 測繪與空間地理信息，2016(2)：180～182.

[8] 郭嵐，趙亞寧. 城市部件的數字化調查方法[J]. 武漢： 城市勘測，2008(1).

[9] 武漢市規劃研究院. 武漢市歷史鎮村保護性建筑普查[R]. 2016.