拓普康GLS-2000型三維激光掃描儀項目案例

GLS-2000 能夠高效快速地掃描獲取道路現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，精確地顯示道路表面的凹凸?fàn)顩r，為道路維護提供數(shù)據(jù)依據(jù)。對于滑坡監(jiān)測，高精度的 3D 掃描數(shù)據(jù)可以有效地監(jiān)測到滑坡體表面的形變和裂縫程度，并及時發(fā)出預(yù)警信號。

一、 引言
古建筑蔓延了歷史文脈，是人類文明的載體。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，古建筑的
價值逐漸受到人們的高度重視。對于古建筑，必須采取積極的手段進行保護與利用。
保護與利用的過程需要對古建筑進行維護、整理與修復(fù)，同時也需要保護或恢復(fù)歷
史街區(qū)的空間格局與尺度。重大歷史建筑在修復(fù)前都需要進行精確的測量，以取得
較完備的科學(xué)記錄檔案，為古建筑的規(guī)劃保護和修復(fù)提供*手資料，同時也是研
究古建筑史和建筑理論的重要資料。
二、 現(xiàn)狀與問題
2.1 現(xiàn)狀分析
目前階段，認(rèn)識古建筑和研究古建筑的普遍途徑是手工測繪以及普通測量。我
國傳統(tǒng)的古建筑測繪方法一般為人工實量法。由于這一方法費時費工、效率不高，
難以保證觀測結(jié)果的精度，而且成本高也不安全，人們越來越體會到使用這一方法
的不便性。近年來隨著空間定位技術(shù)、計算機技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，古建筑
測繪技術(shù)已進入數(shù)字化時代，已發(fā)展成為以 3S 集成為特征的新技術(shù)應(yīng)用。
2.2 存在問題拓普康GLS-2000型三維激光掃描儀項目案例
為了減小測量誤差，提高測量結(jié)果的精度，需要了解誤差的主要來源及產(chǎn)生的
原因，以便采取相應(yīng)的措施。古建筑測繪中存在的問題主要有：
1. 建筑物現(xiàn)狀問題：由于*承受荷載、基礎(chǔ)的不均勻沉降、材質(zhì)的不同還有
外界自然因素的影響等，構(gòu)件發(fā)生不同程度的收縮、彎曲等多種變形以及其
他部位的損壞。
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2. 總尺寸與分尺寸不統(tǒng)一，即各個組成部分分別測出的尺寸之和與整體測出的
尺寸不符。
相對于這兩大問題，解決的方法和應(yīng)當(dāng)遵循的原則如下：
1. 對結(jié)構(gòu)有重大影響的變形及破壞應(yīng)按照原有狀態(tài)測繪，選擇若干個同類構(gòu)件
進行測量和比較，找出其中量zui大的數(shù)值作為這類構(gòu)件的統(tǒng)一尺寸；
2. 對結(jié)構(gòu)沒有重大影響的變形及損壞應(yīng)依照現(xiàn)狀測繪，以真實地表達古建筑的
存在狀態(tài)，保持其歷史感和時間感；
3. 次要尺寸服從主要尺寸,分尺寸服從于總尺寸,少數(shù)服從多數(shù)；
4. 后換構(gòu)件應(yīng)服從于原始構(gòu)件。應(yīng)找出建筑物各個部分的原始構(gòu)件加以測量。
從而定出統(tǒng)一尺寸。而不能以某一構(gòu)件的某個尺寸數(shù)量zui多，或某個構(gòu)件保
存得zui完好，來決定統(tǒng)一尺寸。
2.3 三維激光掃描技術(shù)在古建筑維護的發(fā)展與前景
三維激光掃描技術(shù)是自 20 世紀(jì) 90 年代起興起的新型測量技術(shù)，它集成了多種
*的新型空間信息數(shù)據(jù)獲取的手段與工具，這一技術(shù)在上處于，
而在國內(nèi)尚處于起步階段。中國作為古建筑和文物資源大國，為三維技術(shù)在古建筑
上的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用空間。根據(jù)文物部門統(tǒng)計，我國目前被列入保護范圍的
古建筑有近 30 萬處，古建筑的保護、搶救及修復(fù)的工作量非常大，而傳統(tǒng)的建筑測
繪和資料整理的方法和技術(shù)手段遠遠不能滿足古建筑保護的實際需要。而目前，使
用三維激光掃描儀進行古建筑維護工作已初見成效。
三、 測量原理與方法
在古建筑研究的活動中，用戶需要關(guān)于研究對象的完整性數(shù)據(jù)。三維激光掃描
技術(shù)是一項通過高密度的掃描點來記錄和表達被測古建筑形狀的技術(shù)，三維點云是
zui原始的測量數(shù)據(jù)，被測建筑物的幾何空間信息都被包含其中。如何利用點云，如
何在點云的基礎(chǔ)上通過軟件來提取空間信息，決定了三維激光掃描技術(shù)在古建筑保
護及維護行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用方式和成果形式。從對點云的應(yīng)用方式來看，可分為檔案記
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錄型應(yīng)用、尺寸量測型應(yīng)用、三維可視化型應(yīng)用和逆向重建應(yīng)用。從zui終的提交成
果形式可分為二維圖件形式（各種平、立、剖面圖，等值線圖）和三維圖件形式（三
維高密度點云數(shù)據(jù)、三維 CAD 模型、三角圖片格網(wǎng)等）。利用三維激光掃描技術(shù)進
行古建的保護，目前主要集中在檔案記錄、三維可視化及虛擬三維重建幾個方面。
3.1 檔案記錄
使用三維激光掃描技術(shù)進行古建筑建檔，主要是以記錄完整掃描的點云數(shù)據(jù)為
主。采用具有三維坐標(biāo)和真實色彩信息的點云數(shù)據(jù)記錄建筑物，既能快速完成測量
任務(wù)，并確保多角度測站合并后無掃描死角，又能保證在測量時不必攀爬古建筑物，
確保了建筑物不受損害和測量者的安全。
3.2 三維可視化
由于三維激光掃描技術(shù)是以較高的密度連續(xù)采集等間隔的點，而且每個點具有
三維坐標(biāo)、點所處被測古建筑表面材質(zhì)反射強度和顏色信息，因此我們可以直接通
過將這些記錄被測古建筑的點在同一窗口內(nèi)顯示的方法來瀏覽和觀察被測古建筑的
外觀和內(nèi)部特征。由于三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)快速，被測古建筑可在的時間
間隔內(nèi)被多次測量，方便用戶分析其變形情況，并在關(guān)鍵部位標(biāo)注符號，標(biāo)明該部
位的實時狀態(tài)。
3.3 虛擬三維重建
被測古建筑的點云集合可以看做是立體模型。點云模型可以構(gòu)建三維數(shù)字模型，
以作虛擬現(xiàn)實和模擬修復(fù)等應(yīng)用，亦可制成各類工程圖、結(jié)構(gòu)圖、切面圖等。自此
實現(xiàn)室內(nèi)外空間精確模型的*一體化和模型建構(gòu)的*可逆操作，有助于古建研
究以及其他專業(yè)利用其在各自領(lǐng)域作更深的拓展研究。全面的古建筑模型信息可以
幫助研究人員更加深入地探究古建筑的結(jié)構(gòu)、藝術(shù)價值、營造方法。