三维激光扫描技术在历史建筑测绘中的应用分析

宋霜霜

（辽宁城市建设职业技术学院，辽宁 沈阳 110000）

历史建筑测绘是测绘学在历史文化遗产保护领域中的直接应用，传统的测绘方法是借助直尺、角尺、垂球等工具来测量建筑物尺寸，但是这种测量方法受到位置、结构的限制从而使得难以测量，错误率高，还浪费大量的人力、财力等资源，不利于历史建筑的保护与管理。三维激光扫描技术就有效的弥补了传统测绘方式的不足，具有高精度、多方位、操作简单的优势，可以快速获取三维数据并建立三维立体模型，为历史建筑的保护有着深远的意义。

1 三维激光扫描技术概述

激光测量技术在20 世纪末有了大的飞跃，三维测距有了大的成功，实现了无合作目标高精度测量与数据的自动传输功能。三维激光扫描技术具备非接触性、快速性、高密度性、穿透性、主动性、数字化等优势。非接触性指的是不需要接触目标，快速完成目标的三维信息，解决危险目标、不宜接触目标、人员无法达到目标的测量问题；三维激光技术可以快速获取大面积目标空间信息，并保持数据的高密度性，比如雕塑、文物的测绘；激光具备一定的穿透性，灵活性高，可以改变波长来穿透玻璃、水面、波长等进行扫描；三维激光扫描技术具备一定的主动性，不需要借助外部光线，不受空间时间限制，可以接受自身发射出的光经反射后的光线；三维激光扫描技术采集到的坐标与颜色都是数字化文件，便于移植处理与存储。

2 三维激光扫描技术的测量原理

三维激光扫描技术是一项高新技术，相当于一个高速测量的全站仪系统，可以快速、直接、高精度的获取大范围区域的三维信息。三维激光扫描仪利用三维激光扫描技术的激光测距原理，以点云数据密集记录目标物的表面三维空间坐标、反射率与纹理信息。三维激光扫描仪获取物体表面的采样点空间坐标，就是包含距离值与空间值的点云，最终获取空间实体几何位置信息，点云的发射密度值。这些数据信息可以完整准确的描写历史建筑现场信息与尺寸信息，而且还可以利用相关软件对其进行精确转换，从而来提高历史建筑测绘的精度与效率，节约人力、物力、财力，避免传统测绘方式的遗漏跟错失问题。

3 三维激光扫描系统分类

三维激光扫描技系统根据搭载平台的不同，将其分为移动式扫描系统和相对固定式扫描系统，比如空间卫星遥感测量系统、空中机载测量系统、地面车载测量系统，扫描仪的测量装置也是系统的必要构件；相对固定式扫描系统，不强求扫描仪姿态的测量型扫描系统，利用摄影测量的共线理论恢复扫描目标的位置。空间遥感测量系统是属于面扫描方式，利用高分辨率扫描仪在卫星人采集目标影像信息与距离信息，卫星遥感传感器测量系统主要应用在森林防护、灾害评估、军事侦察等方面，主要是针对大区域地形图进行测绘和更新。空中机载测量系统是集成激光扫描技术、实时定位技术，姿态测量技术、计算机通信技术等，采用直升机做平台，利用激光扫描仪和动态GPS 对地面目标进行扫描，主要是用于城市规划、资源调查与大型工程进展监测。地面车载测量系系统与空中机载扫描系统相似，只不过是利用汽车作为平台，主要适用于铁路公路带状地图测绘。地面测量型激光扫描系统是采用分站式扫描技术，主要应用于历史建筑保护、文物考古等方面。

4 三维激光扫描仪在历史建筑测绘中的应用分析

三维激光扫描仪在历史建筑测绘中主要分为三部分，数据的采集，数据的处理和测绘图纸的生成。历史建筑数据的采集受到物体遮挡，扫描盲区等因素的因素，在进行云数据的采集的时候需要进行多方位扫描，根据测量目标的复杂度设定测站和测量标靶的数量及位置，采集点云数据。三维激光扫描仪无法通过一个测站获取目标空间数据信息，因此要对其进行多视角扫描，并将获取到的数据进行拼接，这就需要布控制网，将扫描的数据转换到同一坐标系下；然后要对点云数据进行优化处理，去除非点云数据，对数据进行降噪处理，提高数据的信噪比，剔除原始点云数据的错误，还原历史建筑的原本特性。

测绘图纸的生成与建筑局部花饰三维模型的建立，历史建筑测绘的最终目的是得到准确、真实、客观的图纸，为日后的修复、重建提供可靠的资料。因此要对云数据模型进行优化，在软件中对云数据模型进行统一处理，首先通过插件将云数据模型导入到应用软件中进行切片，在根据切片特征与点云数据进行绘图。建筑局部花饰三维模型的建立，是历史建筑重点保护部位残缺现象的修缮，由于花饰很是复杂，传统的修缮办法很难对其进行还原。这就需要采用三维激光扫描技术从实物中进行逆向三维数据采集与模型重构。首先利用三维激光扫描仪对特色花饰表面进行激光扫描，采集表面的光刀曲线，然后经过计算机处理得到物体表面的云几何处理，并对其进行优化，获取真实的点云文件，然后对点云文件进行网格化处理，构件曲面。

5 结语

历史建筑的可持续性保护是当前社会的公共责任，三维激光扫描技术完善了传统测绘中复杂曲面难以测绘的不足，准确获取历史建筑表面三维坐标，提高历史建筑图纸绘制的精度，并取得礼历史建筑建筑三维实体点云模型，建立历史建筑资料数据库。