古建筑测绘的方法及新技术应用探究

曾荣灿

（贵州中色蓝图科技有限公司，贵阳550000）

1 古建筑测绘的难点

古建筑测绘是一项复杂而具有挑战性的任务， 因为古建筑通常具有独特的结构和珍贵的历史价值， 同时可能受到自然损坏、人为破坏或年代久远等因素的影响。 古建筑通常具有复杂的结构，包括曲线、拱顶、穹顶、装饰元素和不规则形状的房间，测绘这些复杂结构需要高精度的测量和建模技术。 古建筑的形状可能非常不规则，没有标准的几何形状，使传统的测绘方法可能无法直接应用， 需要使用先进的技术来处理非常规形状。 随着时间的推移，古建筑可能会失去一些原始细节，如装饰元素、彩色涂层或绘画，测绘时需要尽可能准确地还原这些细节，以维护建筑的历史和文化价值。 同时，古建筑通常会受到老化、磨损和破损的影响，这可能导致墙壁的倾斜、结构的不稳定和材料的腐烂，在测绘过程中，需要考虑这些损伤对建筑的影响，并记录它们。 为了保护古建筑，通常需要采用无侵入性的测绘方法，以避免对建筑造成损害，增加了测绘工作的难度，因为不能直接接触建筑物表面[1]。 对于一些非常古老的古建筑，没有准确的历史文献可供参考，使了解建筑的历史和构造更加困难。 另外，古建筑的保护和研究通常需要非常高的精确度，特别是当涉及文化遗产保护或建筑修复时，任何测绘错误都可能导致对建筑物的不正确干预。 古建筑位于不同的环境中，可能会受到天气、湿度、温度和自然灾害等因素的影响，会影响建筑物的状态和测绘过程，克服这些难点需要综合运用传统的测绘方法和现代的测量技术， 以及具备专业知识和经验的团队。 此外，还需要密切合作，确保所有相关方能够充分了解古建筑的特点和需求， 以实现准确进行测绘和有效进行文化遗产保护。

2 古建筑测绘的方法及新技术的要点

古建筑测绘是一项关键的文化遗产保护工作， 旨在记录和分析古代建筑的结构、特征和历史，以便维护、修复和研究。传统古建筑测绘方法主要是使用传统测量仪器如测距仪、水平仪、经纬仪等进行人工测量，这些工具对于简单的建筑物仍然有效。 根据测量数据制作平面图和立面图，用于记录建筑的基本结构和布局；详细记录测量数据，包括坐标、尺寸、角度和特征等信息，然后对数据进行分析，以了解建筑物的状态和特点。 基于测绘数据的分析，制订文化遗产保护计划，包括修复、保护和维护建筑的方案，将测绘数据整理成测绘报告和图纸，以供研究人员、保护者和决策者使用[2]。

现代技术已经广泛应用于古建筑测绘， 包括以下关键技术：（1）激光扫描技术。 利用激光扫描技术，可以生成高精度的三维模型， 捕捉建筑物的形状和细节， 可以快速获取大量数据，尤其适用于复杂结构的古建筑。 （2）无人机影像测量技术。通过搭载相机或传感器的无人机， 可以进行高分辨率的航拍图像采集，生成三维模型或点云数据，用于建筑测绘和建模。（3）虚拟现实技术。 利用虚拟现实技术，可以创建逼真的古建筑虚拟模型，让用户亲临其境，以更好地理解建筑和历史。（4）3D 扫描和摄影测量。 使用先进的3D 扫描设备和摄影测量技术，可以精确测量建筑的尺寸、形状和细节，包括纹理和装饰元素。 （5）数据处理和分析软件。 新技术通常使用数据处理和分析软件，用于整理、处理和分析测绘数据，以生成详细的建筑模型和图纸。（6）文化遗产信息系统。利用信息系统，可以管理和存储大量的测绘数据、图像和文档，以支持文化遗产的研究和保护。（7）增强现实应用。利用增强现实应用，用户可以使用智能手机或AR 眼镜， 在古建筑实际场景中获取附加信息，如历史背景或文化解释[3]。 综合使用这些新技术和传统测绘方法，可以更全面、高效、准确地测绘古建筑，有助于更好地理解和保护这些宝贵的文化遗产。 新技术的应用使古建筑测绘工作更加精密和多样化， 为文化遗产保护和历史研究提供了更多的工具和资源。

3 古建筑测绘的方法及新技术的应用策略

3.1 激光扫描技术

激光扫描技术是一种先进的数字测绘方法， 已广泛应用于古建筑测绘和文化遗产保护中， 该技术使用激光束测量物体表面上的点，将这些点云数据转化为高度精确的三维模型。激光扫描技术的工作原理基于激光雷达的原理， 它包括以下主要步骤。

1）发射激光束。 一台激光扫描仪发射激光束，这束激光经过一个旋转或移动的镜头系统，以覆盖整个测绘区域。

2）激光束碰撞目标。 激光束碰撞建筑物表面上的点，然后被反射回到激光扫描仪。

3）测量反射时间。 通过测量激光束从发射到碰撞目标再反射回的时间，激光扫描仪可以确定激光束与目标的距离。

4）多个点的测量。 激光扫描仪通过连续地发射激光束，旋转或移动来扫描整个建筑物的表面， 可以获取大量点的距离数据，形成点云。

5）点云数据处理。 获取的点云数据通常需要进行后期处理，包括去除杂散点、数据配准（点云的对齐和融合）以及创建密度更高的点云模型。

6）生成三维模型。 处理后的点云数据可以用来创建高度精确的三维模型，包括平面图、立面图、房间内部的三维模型等。

激光扫描技术在古建筑测绘中具有广泛的应用， 激光扫描可以生成高精度的三维模型，准确反映建筑物的形状、结构和细节，包括曲线、装饰元素和雕刻[4]。 对于复杂的古建筑，如大教堂、城堡和宫殿，激光扫描可以轻松捕捉复杂的建筑结构和内部装饰，提供详尽的数据。 通过激光扫描，建筑物的当前状态可以被快速、准确地记录下来，以帮助文化遗产保护者制订修复、保护和维护计划。 激光扫描是一种非侵入性的测量方法，不需要直接接触建筑物表面，因此，不会对古建筑造成任何伤害。 基于激光扫描的数据可用于创建虚拟现实和增强现实体验，让人们以全新的方式探索古建筑，包括虚拟游览和互动展示。 同时，激光扫描数据可以用于历史研究和教育，使学者和学生能够深入了解古建筑的演变和历史背景。 激光扫描技术因其高精度、高效率和非侵入性的特点，已经成为古建筑测绘的不可或缺的工具之一，为文化遗产保护、历史研究和建筑修复提供了强大的支持， 有助于保存和传承珍贵的文化遗产。

3.2 无人机影像测量技术

无人机影像测量技术是古建筑测绘领域的一项重要新技术，该技术利用无人机搭载的相机或传感器，通过拍摄高分辨率的航拍图像或生成点云数据，实现对古建筑的高精度、高效率测量和建模。 无人机影像测量技术的工作原理基于以下主要步骤：第一，航拍图像采集。 无人机搭载高分辨率相机，飞行员或自动飞行控制系统通过预定航线在不同角度和高度拍摄古建筑的航拍图像， 这些图像捕捉了建筑物的不同角度和细节。 第二，全球定位系统（GPS）/ 全球导航卫星系统（GNSS）和惯性定位导航系统（INS）进行定位。无人机通过GNSS 接收器和INS 确定其精确的位置和方向， 以确保图像地理定位的准确性[5]。 第三，图像处理。 获取的航拍图像需要进行后期处理，包括图像校正、去除畸变、图像匹配和色彩校正等，以确保图像的质量和准确性。 第四，特征提取和匹配。 使用计算机视觉技术，自动或半自动地提取图像中的特征点（如建筑的角点、边缘、窗户等）并进行匹配，以确定这些特征点在不同图像之间的对应关系。 第五，三维点云或模型生成。 基于特征匹配和相机的参数， 计算机可以生成建筑物的三维点云数据或三维模型，这些数据包含了建筑物的几何形状和细节信息。

无人机影像测量技术在古建筑测绘中有广泛的应用，通过无人机影像测量技术， 可以生成高分辨率的古建筑三维模型，包括外观和内部结构，这些模型具有足够的细节，可用于详细的建筑分析。 同时，利用多个时间点的航拍图像，可以进行古建筑的变迁分析， 了解其演变历史和受到的损坏或修复情况。 无人机影像测量技术可以帮助文化遗产保护者监测和记录古建筑的状况，以制订维护和修复计划。 基于无人机数据创建的三维模型可以用于虚拟现实和增强现实展示， 让人们以互动和沉浸式的方式探索古建筑。 无人机影像测量技术为古建筑测绘提供了一种高效且具有精度的方法， 不仅提高了测绘的效率， 还为古建筑的保存和传承提供了更多的信息和工具。

3.3 虚拟现实技术在古建筑测绘中的应用

虚拟现实（VR）技术在古建筑测绘和文化遗产保护领域的应用越来越重要，它给人们以全新的方式探索古建筑，提供了一种具有潜力的工具，使人们更好地理解、保护和传承文化遗产。 虚拟现实技术可以用于创建高度逼真的古建筑虚拟模型， 包括建筑的外观和内部结构， 这些虚拟模型基于测绘数据、航拍图像或激光扫描数据创建，可以让用户在虚拟环境中自由漫游，仿佛置身于古建筑内部和周围环境中。 可以利用虚拟现实，进行古建筑的互动式导览。 导览包括虚拟讲解员、信息标签、音频引导和虚拟标记等，可帮助参观者更深入地了解建筑的历史、建筑风格和文化背景。 虚拟现实技术可以用于考古学研究中，以还原古代建筑遗址的原貌，考古学家可以使用虚拟现实技术将文物、遗迹和古代建筑重新创建，以便更好地理解过去的文明和历史。 虚拟现实允许用户体验历史事件和时代，如重新演绎古建筑的历史事件，如战斗、庆典或宗教仪式，有助于传达历史的生动性和真实性。 文化遗产保护者和建筑师可以使用虚拟现实来模拟不同的修复方案， 以评估其对古建筑的影响，帮助决策者更好地制订定修复计划，以保护建筑的原始特征。 虚拟现实技术允许多个研究者、保护者和教育工作者远程合作，共同研究和保护古建筑，可以在虚拟环境中共享数据、观点和见解。 虚拟现实技术在古建筑测绘和文化遗产保护中提供了一种全新的方式，让人们更亲近、更深入地了解古建筑，以及更好地传承和保护文化遗产，为研究、教育、宣传和保护提供了强大的工具， 有望推动古建筑领域的创新和发展。

4 结语

古建筑测绘不仅仅是一项科技任务， 更是一项对过去文明的尊重和传承。 新技术的不断进步将继续塑造古建筑测绘领域的未来。 激光扫描、无人机影像测量、虚拟现实和人工智能等技术的发展将为古建筑测绘提供更多可能性， 使古建筑的保护和研究更加深入和全面，然而，必须谨慎对待这些技术的应用，确保它们符合伦理、法规和文化保护的原则，以实现准确地测绘和有效地进行文化遗产保护。