三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用

郭宗顺

摘要：传统的古建筑测绘工作具有多元化的特点，例如钢尺测距仪，水准仪，全站仪等等这些设备的使用，都可以获得较多的数据以及信息，使得古建筑的测绘工作更加顺利。在使用以上设备获得相应的数据之后，就可以画出草图，并根据草图进行CAD的绘制工作。与现代建筑物相比，古建筑具有构建造型复杂以及结构复杂的特点，所以使用传统的测绘技术进行数据以及信息的收集会花费较多的时间以及精力，而且整体测量的精确度相对较差，效率也比较低。但是在这个过程当中，如果使用新型三维激光扫描技术，就可以快速获取相应的数据以及信息，并且使得测量的数据精确度大幅度提高。

关键词：三维激光扫描技术;测绘;古建筑

在中国经济快速发展的背景下，我国对于古建筑的关注度越来越高，并且使用多种措施以及方式对古建筑进行保护以及传承。每一个地区的古建筑都是古人留下的艺术珍宝，而古建筑的构建也同样具有复杂性的特点，一般有台基，木头，圆柱，梁，彩画，屋顶，山墙等多种构建组成。它与现代建筑物相比，涉及的构件类型以及构件数量都比较多，所以在后期的修复保护以及传承工作当中，需要花费较多的时间以及精力，其中对古建筑的构建进行有效测量是较为复杂的过程。

一、三维激光扫描仪概述

三维激光扫描系统的构成部件较为复杂，包括主机，电源，控制系统，数据储存系统，计算机以及参考点靶标和三角支架等，该设备可以在1～100米的范围内进行数据的测量，而且它还具有水平360度，垂直270度的扫描视角，在50米的范围内可以对模型的表面进行快速扫描，以及数据的获取，精确度不会超过两毫米。如果条件允许在使用三维激光扫描仪的过程当中，配备全站仪以及交通运输工具，可以使得它的使用效果得到整体提升。

1. 三维激光扫描仪扫描过程

扫描仪在运行期间需要以发射器作为基础，通过激光二极管向目标物体发射近红外波长的激光束之后，激光就会经过目标物体进行漫反射工作，而部分反射的信号会重新被接收器接收，在获取到相应的反射信号之后，就可以快速得出两者之间距离的数据。系统内部的各组成元部件可以对反射棱角进行有效地控制，同时也可以使得数据的转换过程具有科学性的特点，通过内置或者外接数码摄影设备的方式，也可以对空间表面的色彩信息进行快速采集。其实在进行系统扫描的过程当中，工作人员可以通过控制以及数据储存计算机的方式对主机以及专业软件开展数据采集。

2. 激光扫描仪的测量原理

传统的古建筑测绘工作需使用水准仪，测距仪，钢尺等工具进行，在了解到相关的数据以及信息之后进行草图的绘制，并且使用CAD进行建筑物的绘制，因为古建筑构件的造型以及结构都比较复杂，所以在使用传统的方法进行绘制工作时，还需要使用脚手架以及梯子等工具，不仅费时费力，还存在一定的不安全性。三维激光扫描仪技术是利用激光测距原理对目标物体进行密集数据测量的技术，它可以对空间进行真实的三维记录，同时也可以快速地获取相应的数据以及信息具有采样点速率高，非接触式测量以及自动化的特点，在针对古建筑进行测量时，不需要对建筑物进行触碰，所以不会影响建筑物的外观以及性能。

激光掃描三维测量工作，一般都需要使用仪器内部的坐标系统，进行数据的收集以及分析。系统在运行的过程当中，X轴需要在横向进行扫描，Y轴需要在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴则需要以横向扫描面垂直，经过三面数据的收集之后就可以得到三维激光测点，并将其带入到坐标计算公式当中。需要测量的物体与仪器内坐标轴系统的坐标点一一对应之后，就可以在计算机屏幕当中显示出来，而扫描对象也会以三维形态展现出来。

二、三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用分析

与传统的测绘技术相比，三维激光扫描技术在古建筑测绘工作当中的应用价值相对较高，其主要原因是它可以对非规则以及复杂的物体进行数据的收集，而且该仪器具有测量精确度高、全天候、多方位以及操作简单的特点。在快速获取三维数据并且建立三维立体模型方面，具有较强的优越性，所以获取空间数据以及图像信息等内容之后，就可以快速转变为工作人员需要的数据以及信息。在古建筑测绘工作当中，三维激光扫描技术可以由外业数据采集以及内业数据处理共同组成。

1. 室外作业的数据收集

室外作业的数据收集工作涉及的内容比较复杂，主要包括现场勘查，布设测站点以及标靶的测量获取与数据等等，如果被测进度的面积比较大，那么在各项操作方面要花费更多的时间以及精力，与其他类型的建筑物相比，古建筑的角度也比较复杂，所以为了有效避免出现扫描盲区的情况，在进行测量标靶的设置时，应该合理的安置不同的站点，保证数据的测量具有全面性的特点。

2.室内作业的数据整理

室内操作主要是对收集的所有数据以及信息进行整理，使其转换为工作人员需要的内容，它包括云数据的拼接，去噪，点云数据的选取，切片工作等等。之所以需要进行去噪工作，其主要原因是删除无效的数据，并且减少计算机需处理的数据量，使得计算机数据处理的能力得到整体提升。之所以需要进行数据的储存以及提取工作，其主要原因是它可以为后期的古建筑测绘数据库的多维度使用提供更多的服务以及支持在前期的数据扫描工作当中，数据量比较大，有部分数据属于无用数据，所以在后期的储存以及提取工作当中，我们就可以按照具体的内容进行分类管理，使得后期的使用具有方便性的特点。

结语

最近这几年，人们对于文化遗产的关注度相对较高，所以在进行建筑建设的过程当中，会更多地融入古建筑的元素。对于已经存在的古建筑，因为多种因素的共同影响，一些建筑物已经出现破败的情况，此时相关管理部门就需要使用多种措施保证建筑物得到有效的修补，那么在这个过程当中使用三维激光扫描技术进行古建筑测绘工作，就可以获得更多的数据以及信息，从而使得建筑物的修建过程具有更科学、更合理的特点。与其他类型的技术相比，三维激光扫描技术在古建筑测绘工作当中的应用价值相对较高，不仅可以整体提高测量的精确度，还可以使得数据具有完整性的特点，不仅省时省力，还可以获得较好的效果。而且三维激光扫描技术属于一种非接触式的测量技术，不会对古建筑造成直接损伤，在技术方面也使得古建筑以及文物得到有效地保护以及传承。

参考文献：

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[2]窦莉君，邢月.论三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用[J].东南文化， 2019（S1）.

[3]许睿，李鑫.基于三维激光扫描技术的古建筑测绘研究——以斗栱模型实验为例[J]. 自然与文化遗产研究， 2019（010）.