歷史建筑是人類歷史發(fā)展過程中產(chǎn)生的瑰寶，有著重要的歷史價(jià)值、科學(xué)價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，故對(duì)于歷史建筑的保護(hù)刻不容緩。通過對(duì)歷史建筑進(jìn)行精細(xì)測(cè)繪，獲取其三維模型、平立剖面圖等成果，作為歷史建筑規(guī)劃保護(hù)和修復(fù)等工作的第一手?jǐn)?shù)字檔案資料，具有深遠(yuǎn)的意義,下面湖南超立方就測(cè)繪的工作方案上給大家做一個(gè)介紹。

 

    測(cè)繪技術(shù)為歷史建筑精細(xì)測(cè)繪提供了各種各樣的手段,推動(dòng)了歷史建筑三維空間數(shù)據(jù)獲取向著集成化、實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。目前，歷史建筑測(cè)繪的主要手段有全站儀法、攝影測(cè)量法及三維激光掃描法等，其中三維激光掃描技術(shù)以其數(shù)據(jù)獲取速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高及非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于北京故宮、敦煌莫高窟等歷史建筑的精細(xì)測(cè)繪項(xiàng)目中。

 

    但由于三維激光掃描技術(shù)自身的特點(diǎn),對(duì)于遮擋嚴(yán)重、封閉或建筑物之間較為密集的隱蔽區(qū)域，將無法獲取完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù);且對(duì)于如屋頂、山墻等較高位置紋理圖像的采集，僅采用人持?jǐn)?shù)碼相機(jī)拍攝的方式一般無法獲取較為正視的圖像，這對(duì)后續(xù)的圖像處理及紋理貼圖等工作將帶來較大困難。

 

    因此,單一的技術(shù)手段將無法滿足歷史建筑全面、高精度的測(cè)繪需求，本文結(jié)合某地的歷史建筑精細(xì)測(cè)繪項(xiàng)目實(shí)踐，提出集成三維激光掃描儀、無人機(jī)、全站儀、激光測(cè)距儀、數(shù)碼相機(jī)等技術(shù)手段的歷史建筑精細(xì)測(cè)繪方法,并通過實(shí)例驗(yàn)證其可行性。

    1.項(xiàng)目背景

 

    某地是中國(guó)古代天下四大鎮(zhèn)一,擁有眾多的歷史建筑。此次項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的歷史建筑進(jìn)行精細(xì)測(cè)繪，獲取其三維模型、平立剖面圖等成果，并將上述成果與規(guī)劃管理平臺(tái)對(duì)接,實(shí)現(xiàn)歷史建筑規(guī)劃保護(hù)和修復(fù)的信息化管理。這些歷史建筑跨越不同時(shí)期、風(fēng)格各異、大小不一，主要包括宅第民居、工業(yè)建筑、壇廟祠堂、名人故居、亭臺(tái)樓闕等等，且測(cè)量條件各不相同，項(xiàng)目成果需滿足地區(qū)的相關(guān)技術(shù)要求。針對(duì)上述情況及成果需求，項(xiàng)目充分利用當(dāng)前各種先進(jìn)的測(cè)繪手段,集成三維激光掃描儀、無人機(jī)、全站儀、激光測(cè)距儀、數(shù)碼相機(jī)等進(jìn)行歷史建筑的精細(xì)測(cè)繪。
 

 

    2.控制網(wǎng)布設(shè)

 

    控制網(wǎng)布設(shè)的目的是將項(xiàng)目所有測(cè)繪成果納入到城市統(tǒng)一的坐標(biāo)系、高程系中去。項(xiàng)目首先圍繞每處歷史建筑進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)，平面坐標(biāo)采用網(wǎng)絡(luò)RTK(CORS)或全站儀導(dǎo)線測(cè)量的方式，高程采用水準(zhǔn)測(cè)量的方式，每處歷史建筑至少布設(shè)3個(gè)以上的控制點(diǎn)，精度根據(jù)《地面三維激光掃描作業(yè)技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，平面精度滿足城市二級(jí)點(diǎn)的要求,高程精度滿足四等水準(zhǔn)點(diǎn)的要求。

 

    3.三維激光掃描

 

    歷史建筑精細(xì)測(cè)繪主要采用三維激光掃描技術(shù)手段，所采用的三維激光掃描儀如圖2所示，為相位式的FAROF(k:us3D330,掃描距離為0.6m~330m，測(cè)量速度效高為976000點(diǎn)/秒，標(biāo)稱精度為±2mm，滿足《地面三維激光掃描作業(yè)技術(shù)規(guī)程》中一等儀器指標(biāo)的要求。各站點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接所采用的標(biāo)靶為圖3所示的儀器配套標(biāo)靶球，相鄰站之間一般高低錯(cuò)落地均勻布設(shè)不少于3個(gè)標(biāo)靶球。

 

    對(duì)于屋頂?shù)容^高位置的掃描，一般借助周邊較高建筑設(shè)站,必要時(shí)搭設(shè)臨時(shí)的升降平臺(tái)架設(shè)掃描站。對(duì)于無法獲取完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)的隱蔽區(qū)域,采用全站儀、激光測(cè)距儀等常規(guī)測(cè)量手段獲取數(shù)據(jù)。

 

    4.紋理圖像采集

 

    采用不低于1000萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)獲取模型的紋理圖像，選擇光線較好的時(shí)間段、從整體到局部進(jìn)行拍攝。對(duì)于如屋頂、山墻等較高位置紋理圖像的采集，采用人持?jǐn)?shù)碼相機(jī)拍攝的方式有時(shí)無法獲取圖像，或無法獲取較為正視的圖像,項(xiàng)目采用如圖4所示的DJI旋翼無人機(jī)進(jìn)行拍攝，能夠獲取較高位置的正視圖像，極大減少了后續(xù)圖像處理及紋理貼圖等工作的工作量，提高了工作效率。

 

    5.點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

 

    外業(yè)掃描獲取歷史建筑的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，內(nèi)業(yè)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理主要包括點(diǎn)云拼接、點(diǎn)云去噪及點(diǎn)云封裝等。點(diǎn)云拼接通過在儀器配套軟件FAROSCENE中自動(dòng)搜索各站同名標(biāo)靶球進(jìn)行自動(dòng)拼接，拼接后的平均精度均為mm級(jí)別。

 

    6.圖像數(shù)據(jù)處理

 

    受拍攝角度及拍攝環(huán)境等的影響,外業(yè)所采集的部分紋理圖像存在非正視、變形、曝光過度、曝光不足、陰影等情況，項(xiàng)目采用Photoshop軟件，通過裁剪、圖形變換等工具進(jìn)行變形糾正，將圖像調(diào)整為正視圖像;通過仿制圖章、污點(diǎn)修復(fù)畫筆等工具消除圖像中的一些噪聲點(diǎn);通過亮度、對(duì)比度等工具進(jìn)行色彩調(diào)整。

 

    對(duì)于墻體、地面等較大面積的物體,受拍攝條件的限制，一般無法獲取整體的圖像,紋理貼圖時(shí)通常采用“以點(diǎn)代面，’平鋪的方法，即僅采集小面積、具有代表性的圖像(種子圖像），通過不斷重復(fù)平鋪的方式進(jìn)行紋理貼圖。這時(shí)同樣需要通過在Photoshop軟件中對(duì)種子圖像進(jìn)行裁剪、色彩調(diào)整等，使得平鋪后的紋理實(shí)現(xiàn)無縫過渡，相鄰處不會(huì)出現(xiàn)明顯的“突兀”現(xiàn)象。

 

    7三維建模、紋理貼圖

 

    項(xiàng)目主要采用3dsMax軟件進(jìn)行三維建模及紋理貼圖。將上述封裝好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)人3dsMax軟件中，對(duì)于建筑物的墻體、門窗、梁柱等較為規(guī)則的結(jié)構(gòu)可直接在軟件中采用相應(yīng)的球面、弧面、柱面、平面等基本幾何體根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行制作;對(duì)于斗拱等較為復(fù)雜的組合式結(jié)構(gòu),一般將其組成部件分開制作，最后合并成為一個(gè)物體;對(duì)于更為復(fù)雜的浮雕、塑像等不規(guī)則構(gòu)件，一般單獨(dú)提取其點(diǎn)云數(shù)據(jù)，先在GeomagicStudio軟件中進(jìn)行三角化封裝，經(jīng)孔填充、邊修補(bǔ)、細(xì)化、光滑處理等優(yōu)化步驟建成精細(xì)模型后,再導(dǎo)人3dsMax軟件中與其他構(gòu)件一起組成一個(gè)整體。對(duì)于缺少點(diǎn)云數(shù)據(jù)的隱蔽區(qū)域,根據(jù)全站儀或激光測(cè)距儀所觀測(cè)的點(diǎn)位、尺寸等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模�；�本模型建好后，對(duì)各個(gè)構(gòu)件采用對(duì)應(yīng)的圖像進(jìn)行紋理貼圖，為其貼圖后的最終模型。
 

 

    8.平、立、剖面圖制作

 

    三維模型完成后，在3dsMax軟件中通過切片工具分別從俯視、正視等方向?qū)θ�維模型進(jìn)行切片，獲取制作平、立、剖面圖所需的切片數(shù)據(jù)，并將切片數(shù)據(jù)導(dǎo)出為DWG格式，最終通過在AutoCAD軟件中對(duì)DWG格式的切片數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的編輯和尺寸標(biāo)注,形成歷史建筑的平、立、剖面圖成果。

 

    9.結(jié)果和分析

 

    項(xiàng)目共完成了區(qū)內(nèi)歷史建筑精細(xì)三維模型及平、立、剖面圖的制作，圖片展示了項(xiàng)目不同類型歷史建筑中典型的模型成果，包括工業(yè)建筑、壇廟祠堂、名人故居、亭臺(tái)樓闕等等。

 

    對(duì)于三維模型成果,采用現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)的形式進(jìn)行檢核,主要包括模型的完整性檢查(模型各個(gè)組成部分的錯(cuò)、漏情況）、模型紋理貼圖的準(zhǔn)確性、完整性、協(xié)調(diào)性檢查(模型紋理的準(zhǔn)確性、清晰度以及紋理與模型的一致性等）、模型及紋理數(shù)據(jù)命名的正確性、規(guī)范性檢查等。由于采用了三維激光掃描、無人機(jī)等多種測(cè)繪新技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)所見即所得，而且采用全站儀等常規(guī)方法進(jìn)行查漏補(bǔ)缺,因此項(xiàng)目三維模型成果在完整性、一致性等方面均能滿足地區(qū)相關(guān)規(guī)范的要求。

 

    而模型制作的準(zhǔn)確性采用激光測(cè)距儀（測(cè)距標(biāo)稱精度為±1mm)對(duì)平、立、剖面圖中所標(biāo)注的歷史建筑的尺寸進(jìn)行實(shí)地檢核，檢核結(jié)果皆滿足《地面三維激光掃描作業(yè)技術(shù)規(guī)程》中平、立、剖面圖制作的要求（尺寸檢核相對(duì)誤差不大于1/200),表1給出了部分歷史建筑尺寸的檢核情況。

以上就是整個(gè)工作方案的全部流程，希望這個(gè)工作方案的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驇椭�到您，如果您還想了解更多關(guān)于歷史建筑測(cè)繪的問題，可以觀看本網(wǎng)站的其他文章內(nèi)容。