三維激光掃描技術在歷史建筑測繪中的應用分析

宋霜霜

（遼寧城市建設職業技術學院，遼寧 沈陽 110000）

歷史建筑測繪是測繪學在歷史文化遺產保護領域中的直接應用，傳統的測繪方法是借助直尺、角尺、垂球等工具來測量建筑物尺寸，但是這種測量方法受到位置、結構的限制從而使得難以測量，錯誤率高，還浪費大量的人力、財力等資源，不利于歷史建筑的保護與管理。三維激光掃描技術就有效的彌補了傳統測繪方式的不足，具有高精度、多方位、操作簡單的優勢，可以快速獲取三維數據并建立三維立體模型，為歷史建筑的保護有著深遠的意義。

1 三維激光掃描技術概述

激光測量技術在20 世紀末有了大的飛躍，三維測距有了大的成功，實現了無合作目標高精度測量與數據的自動傳輸功能。三維激光掃描技術具備非接觸性、快速性、高密度性、穿透性、主動性、數字化等優勢。非接觸性指的是不需要接觸目標，快速完成目標的三維信息，解決危險目標、不宜接觸目標、人員無法達到目標的測量問題；三維激光技術可以快速獲取大面積目標空間信息，并保持數據的高密度性，比如雕塑、文物的測繪；激光具備一定的穿透性，靈活性高，可以改變波長來穿透玻璃、水面、波長等進行掃描；三維激光掃描技術具備一定的主動性，不需要借助外部光線，不受空間時間限制，可以接受自身發射出的光經反射后的光線；三維激光掃描技術采集到的坐標與顏色都是數字化文件，便于移植處理與存儲。

2 三維激光掃描技術的測量原理

三維激光掃描技術是一項高新技術，相當于一個高速測量的全站儀系統，可以快速、直接、高精度的獲取大范圍區域的三維信息。三維激光掃描儀利用三維激光掃描技術的激光測距原理，以點云數據密集記錄目標物的表面三維空間坐標、反射率與紋理信息。三維激光掃描儀獲取物體表面的采樣點空間坐標，就是包含距離值與空間值的點云，最終獲取空間實體幾何位置信息，點云的發射密度值。這些數據信息可以完整準確的描寫歷史建筑現場信息與尺寸信息，而且還可以利用相關軟件對其進行精確轉換，從而來提高歷史建筑測繪的精度與效率，節約人力、物力、財力，避免傳統測繪方式的遺漏跟錯失問題。

3 三維激光掃描系統分類

三維激光掃描技系統根據搭載平臺的不同，將其分為移動式掃描系統和相對固定式掃描系統，比如空間衛星遙感測量系統、空中機載測量系統、地面車載測量系統，掃描儀的測量裝置也是系統的必要構件；相對固定式掃描系統，不強求掃描儀姿態的測量型掃描系統，利用攝影測量的共線理論恢復掃描目標的位置。空間遙感測量系統是屬于面掃描方式，利用高分辨率掃描儀在衛星人采集目標影像信息與距離信息，衛星遙感傳感器測量系統主要應用在森林防護、災害評估、軍事偵察等方面，主要是針對大區域地形圖進行測繪和更新。空中機載測量系統是集成激光掃描技術、實時定位技術，姿態測量技術、計算機通信技術等，采用直升機做平臺，利用激光掃描儀和動態GPS 對地面目標進行掃描，主要是用于城市規劃、資源調查與大型工程進展監測。地面車載測量系系統與空中機載掃描系統相似，只不過是利用汽車作為平臺，主要適用于鐵路公路帶狀地圖測繪。地面測量型激光掃描系統是采用分站式掃描技術，主要應用于歷史建筑保護、文物考古等方面。

4 三維激光掃描儀在歷史建筑測繪中的應用分析

三維激光掃描儀在歷史建筑測繪中主要分為三部分，數據的采集，數據的處理和測繪圖紙的生成。歷史建筑數據的采集受到物體遮擋，掃描盲區等因素的因素，在進行云數據的采集的時候需要進行多方位掃描，根據測量目標的復雜度設定測站和測量標靶的數量及位置，采集點云數據。三維激光掃描儀無法通過一個測站獲取目標空間數據信息，因此要對其進行多視角掃描，并將獲取到的數據進行拼接，這就需要布控制網，將掃描的數據轉換到同一坐標系下；然后要對點云數據進行優化處理，去除非點云數據，對數據進行降噪處理，提高數據的信噪比，剔除原始點云數據的錯誤，還原歷史建筑的原本特性。

測繪圖紙的生成與建筑局部花飾三維模型的建立，歷史建筑測繪的最終目的是得到準確、真實、客觀的圖紙，為日后的修復、重建提供可靠的資料。因此要對云數據模型進行優化，在軟件中對云數據模型進行統一處理，首先通過插件將云數據模型導入到應用軟件中進行切片，在根據切片特征與點云數據進行繪圖。建筑局部花飾三維模型的建立，是歷史建筑重點保護部位殘缺現象的修繕，由于花飾很是復雜，傳統的修繕辦法很難對其進行還原。這就需要采用三維激光掃描技術從實物中進行逆向三維數據采集與模型重構。首先利用三維激光掃描儀對特色花飾表面進行激光掃描，采集表面的光刀曲線，然后經過計算機處理得到物體表面的云幾何處理，并對其進行優化，獲取真實的點云文件，然后對點云文件進行網格化處理，構件曲面。

5 結語

歷史建筑的可持續性保護是當前社會的公共責任，三維激光掃描技術完善了傳統測繪中復雜曲面難以測繪的不足，準確獲取歷史建筑表面三維坐標，提高歷史建筑圖紙繪制的精度，并取得禮歷史建筑建筑三維實體點云模型，建立歷史建筑資料數據庫。