基于激光雷達技術對海淀區不可移動文物勘察研究
——大護國保安寺遺址研究

史金鷺 安逸飛 張子航 .北京城市學院 北京 0399;.北京市海淀區文物保護中心（北京市海淀區博物館）北京 00086

引 言

大護國保安寺位于西山文化帶和三山五園文化帶的交界處，地處海淀區蘇家屯鎮管家嶺村，最近出土的《敕建大護國保安寺圓寂大善法王墓志銘》體現出該地區所具有濃厚的文化色彩以及歷史價值，本次研究利用先進的激光雷達技術對該大護國保安寺遺址進行測繪，確定實際院落范圍及墻體邊界。

一、緒 論

(一)保護研究背景

大護國保安寺位于西山文化帶和三山五園文化帶的交界處，地處海淀區蘇家屯鎮管家嶺村，最近出土的《敕建大護國保安寺圓寂大善法王墓志銘》體現出了該地區所具有的濃厚的文化色彩以及歷史價值[1]。本次研究針對利用先進的激光雷達技術對該大護國保安寺遺址進行測繪，利用無人機作為載具進行高精度測繪，嘗試將傳統測繪技術與先進測繪技術進行有機結合。

(二)研究內容和范疇

應用無人機載激光雷達技術與地基激光雷達掃描技術對大護國保安寺進行三維數字化掃描，經過后期處理生成點云數據和三維模型。應用無人機傾斜攝影生成大護國保安寺遺址的等高線地形圖，對遺址現場的地理方位信息以及地形地貌進行數字化保留記錄，為后續的歷史研究進行存檔。通過激光雷達的點云數據對大護國保安寺遺址進行古建筑制式結構的研究分析。應用點云數據將遺址進行修復生成三維模型，毫米級別的高精準度模型，對后續的預覽研究以及文物保護修護方案起到重要作用。

(三)研究的意義

項目旨在通過利用無人機載激光雷達技術與地基激光雷達掃描技術相結合的測繪方式，對海淀區不可移動文物大護國保安寺遺址進行勘察研究。對古建筑進行三維數字化，能夠將古建筑進行毫米級別的保存，為古建筑的現狀資料提供了永久的數字化保留，也為古建筑的研究和修復提供重要的數據。

二、數據采集研究

(一)利用激光雷達以及攝影測量技術進行數據采集

本次利用激光雷達設備對大護國保安寺遺址進行兩個方面的數據采集，分別是地基激光雷達數據采集和空基激光雷達數據采集。獲取到了大量肉眼無法辨別的遺址數據信息。對重要的節點以及破損嚴重的區域進行多層次重點掃描，項目組員利用了空基LIDAR激光雷達以及地基FARO330激光雷達結合標靶球、控制點在現場中進行數據采集，共計布設地基掃描點位65個，空基掃描航線15公里，利用無人機攝影測量技術對長城進行廣角、球形、傾斜拍攝，以備內業階段的三維建模。在數據處采集中針對不同天氣及光照情況的不同隨時調整掃描儀的測光方式以及掃描點的點密度數值從而獲取到高精度的掃描數據。

根據數據測算出大護國保安寺遺址墻圈呈長方形，東西長230米，南北寬90米，面積20700平方米，東西落差約40米。大護國保安寺作為西山文化帶中的組成部分，實為明代藏傳佛教寺廟。在西山文化帶中具有代表性[2]。所以研究中采用空基激光雷達與地基激光雷達并用的方式，相互配合數據互補，以架設地基激光雷達和利用無人機搭載空基激光雷達的方式對現場進行混合掃描，為數字化保護提供全方位激光雷達數據。

圖1 大護國保安寺遺址地形圖

(二)利用激光雷達內業處理軟件進行三維建模

本次研究中利用的主要數據為地基激光雷達和空基激光雷達掃描中獲取的激光雷達點云數據，通過激光雷達數據處理程序，首先將地基激光雷達中的數據導入Autodesk ReCap三維數據處理軟件中，將掃描的原始數據解算成激光雷達點云數據并渲染上原始顏色。之后對多點的激光雷達數據進行拼接，根據數據測算出大護國保安寺遺址墻圈呈長方形，坐西向東，東西長230米，南北寬90米，面積20700平方米，東西落差約40米。現存三圈圍合式墻圈，其中主體院落四周有高3米的毛石壘墻（即內墻），北墻長142米，西墻長87米，南墻殘長85米。第二圈墻體北墻長160米，東墻長97米，西墻無墻體、南墻位置未能明確。大護國保安寺遺址地表三維模型已經可將地表遺址進行數字化研究。

三、研究成果

(一)工作流程以及技術成果

首先針對本次基于激光雷達技術對海淀區不可移動文物勘察研究——大護國保安寺遺址研究中利用激光雷達設備以及無人機航測設備對大護國保安寺遺址墻圈進行數據采集，獲得了多角度全方位的地表文物激光雷達數據，還原了原有遺址上的大護國保安寺遺址原有的建筑位置信息，并且利用內業處理軟件根據布設點位依此帶入拼接運算并結合攝影測量數據進行多模型耦合，最終建立完整高精度點云數字化模型。

圖2 物質文化遺產數字化保護研究流程圖

(二)數字化保護研究具體方式結論

本次研究主要是為了推進對歷史物質文化遺產數字化保護方式的研究，利用現代激光雷達技術對遺址進行探測，利用無人機分高度以及角度對單體建筑進行傾斜攝影，再利用lidar內業軟件進行處理，獲得實景三維模型，通過對三維模型的比對，繪制遺址上原有建筑位置信息，同時可以更加直觀地對古建筑遺址進行三維模型展示。以上研究為針對古建筑、古跡遺址、單體的數據采集整理方法，達到數字化保護研究的目的。

結 語

在此次研究主要通過利用地基激光雷達、空基激光雷達技術、結合部分無人機攝影測量技術對大護國保安寺遺址進行保護研究，對數字化保護這一新型文物保護概念進行驗證，使得保護展示端以及數據端更加豐富，希望該技術得到推廣與應用。