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【创新发展新引擎】“倾斜摄影+三维激光扫描”助力历史建筑测绘建档

新葡的京集团3522vip:2022-04-06 10:15浏览 0

古建筑测绘


提到古建筑测绘,大家会想到梁思成与林徽因夫妇。从上世纪30年代开始,两位专家开始对古建筑进行调查测绘,他们对古建筑进行详细的测绘,对古建筑的各种构件与装饰,从里到外,从正面到侧面都细致地加以测量;对存世的碑文、史料都一一抄录。他们追求野外测量数据要真实可靠,绘图要准确反映建筑全貌。正是凭着这种民族自尊心和自信,使当时测绘的许多图纸在今天看来也依然是一份宝贵的文保资料。


传统的古建测绘要像梁思成、林徽因那样爬上爬下,用光学仪器、直尺、角尺、铅垂线等工具,直接量取建筑物及其构件的尺寸,从而完成外业数据采集。这种方法作业效率低下,而且很难将建筑的细节信息表达清晰,有的测绘方法在一定程度上对文物还会造成损伤。


运用先进设备探索新方法


近10年来,随着信息化技术的不断应用及AI智能的出现,历史建筑测绘也发展出了许多新科技与新方法。我企业积极布局测绘的数字化建设工作,在引入多旋翼无人机用于倾斜摄影测量后,2021年,为推动测绘部门整体技术实力再上新台阶,在马猛副总经理的提议下,企业引进三维激光扫描系统,综合运用倾斜摄影、全景影像采集、极速智能三维激光扫描系统等测绘新技术,摸索出了针对历史建筑测绘建档的室内外一体化作业方法。



赵家大院旧址南立面点云效果图



根据点云数据绘制的赵家大院南立面图


倾斜摄影是航空摄影测量的一个分支。所谓倾斜,并非指无人机倾斜着飞,而是照相机镜头倾斜。传统的航空摄影是使用单镜头、以正射模式对地面进行拍摄,倾斜摄影则是采用了多旋翼无人机搭载5镜头相机,其中中部镜头垂直,旁边4个镜头呈45度角,从东南西北四个方向同时拍摄。形成空、地一体的数据采集系统,快速获取测区的地上下、室内外全息数据。与正射相比,倾斜摄影能同时从5个不同角度采集影像,这就保证倾斜摄影在数据采集效率和后期建模的完整度方面都得到了很大程度的改善,建模精度可以做到厘米级。通过“倾斜摄影”方式的实景三维数据采集生产,实现对现实世界的从“抽象”到“真实”,从“平面”到“立体”,从“按要素、分尺度”到“按实体、分精度”的表达。



赵家大院旧址北立面点云效果图



根据点云数据绘制的赵家大院北立面图


采用倾斜摄影测量虽然可以获得历史建筑的顶部及外立面的造型信息,但无人机在室外低空飞行获取数据时却无法获取建筑内部的造型信息。而三维激光扫描系统可以很好的弥补倾斜摄影的不足。极速智能三维激光扫描系统,主要利用的是激光测距的原理,扫描速度可达到200万点每秒,当激光发射并碰到物体反射回来,内置程序可以通过时间差来计算射出点到反射物体的距离。通过无数次向周围发射激光并接收反射信号,可以获得无数个周围物体与发射点的相对距离,扫描仪内置的VIS视觉追踪技术,可快速获取文物保护建筑形态、纹理、位置等重要信息,智能三维激光扫描系统把这些信息导入控制系统,此时智能拼接技术可以根据距离模拟出无数个点的位置,这些点就像组成云的一个个小水滴,组成了空间环境的模型,这就是点云。通过点云可以确定建筑整体的结构信息、高度、尺寸等,能精确到毫米,即使是建筑外立面上的精细浮雕,也可以看得非常清楚。


倾斜摄影、三维激光扫描再加上全景影像采集,这是历史建筑测绘中的外业数据采集部分,也就是“测”。外业数据采集完成后,就进行内业的数据处理、建模和绘图,完成平面、立面、剖面、大样图等的制作,这是后半部分的“绘”,内业采用半自动化(如人机交互)或自动化(基于深度学习)方式进行纹理裁剪,获取实体的三维信息、纹理,可得到三维立体表达的地物单体模型数据,同时记录地物实体类别等信息。采用内外业一体的作业方法就能为历史建筑建立一份完整的数字化档案。



赵家大院旧址东立面点云效果图



根据点云数据绘制的赵家大院东立面图


应用此套技术方法,我企业测绘团队已完成本溪碱厂赵家大院、丹东市历史文物测绘建档等一批古建筑测量工作。为这些历史建筑的建档工作留下了一份完整的数字档案。


文中图示为应用三维激光扫描技术完成的本溪碱厂赵家大及丹东学问宫的历史建筑测绘建档部分测绘成果.



赵家大院旧址内部点云效果图



根据室内点云数据绘制的赵家大院剖面图


采用三维激光扫描仪只需几分钟即可创建任何环境或物件的精确、全面和逼真的三维空间模型,搭建一个与真实世界相同的数字孪生世界。



丹东学问宫北立面


根据点云数据绘制的丹东学问宫北立面图


目前,我企业承担的丹东市文物保护建筑测绘建档工作正在紧张有序的进行中,今后企业将继续发挥人才技术优势,发扬攻坚克难的精神,探索测绘新技术在历史文物保护中的应用,该项技术不仅可以完成历史建筑及学问遗产数字化保护数据采集,还能完成以下任务:城市更新改造数据获取、逆向BIM建模、工厂三维重建、建筑物变形监测、桥梁结构测量、隧道纵横断面测量、自然灾害调查、实景三维中国建设中的数字地形可视化、塌陷区域的三维扫描等诸多领域。


该项技术在历史建筑测绘建档及城市更新中的成功应用,势必会在今后实景三维中国建设中发挥更大的作用。省城乡规划院将以专业的技术、优质的服务,为实景三维中国建设贡献自己的力量。

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