歷史建筑是人類歷史發(fā)展過程中產(chǎn)生的瑰寶，有著重要的歷史價值、科學價值、藝術價值、社會價值和經(jīng)濟價值，故對于歷史建筑的保護刻不容緩。通過對歷史建筑進行精細測繪，獲取其三維模型、平立剖面圖等成果，作為歷史建筑規(guī)劃保護和修復等工作的第一手數(shù)字檔案資料，具有深遠的意義,下面湖南超立方就測繪的工作方案上給大家做一個介紹。

 

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

 

    但由于三維激光掃描技術自身的特點,對于遮擋嚴重、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云數(shù)據(jù);且對于如屋頂、山墻等較高位置紋理圖像的采集，僅采用人持數(shù)碼相機拍攝的方式一般無法獲取較為正視的圖像，這對后續(xù)的圖像處理及紋理貼圖等工作將帶來較大困難。

 

    因此,單一的技術手段將無法滿足歷史建筑全面、高精度的測繪需求，本文結合某地的歷史建筑精細測繪項目實踐，提出集成三維激光掃描儀、無人機、全站儀、激光測距儀、數(shù)碼相機等技術手段的歷史建筑精細測繪方法,并通過實例驗證其可行性。

    1.項目背景

 

    某地是中國古代天下四大鎮(zhèn)一,擁有眾多的歷史建筑。此次項目區(qū)內(nèi)的歷史建筑進行精細測繪，獲取其三維模型、平立剖面圖等成果，并將上述成果與規(guī)劃管理平臺對接,實現(xiàn)歷史建筑規(guī)劃保護和修復的信息化管理。這些歷史建筑跨越不同時期、風格各異、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、亭臺樓闕等等，且測量條件各不相同，項目成果需滿足地區(qū)的相關技術要求。針對上述情況及成果需求，項目充分利用當前各種先進的測繪手段,集成三維激光掃描儀、無人機、全站儀、激光測距儀、數(shù)碼相機等進行歷史建筑的精細測繪。
 

 

    2.控制網(wǎng)布設

 

    控制網(wǎng)布設的目的是將項目所有測繪成果納入到城市統(tǒng)一的坐標系、高程系中去。項目首先圍繞每處歷史建筑進行控制點布設，平面坐標采用網(wǎng)絡RTK(CORS)或全站儀導線測量的方式，高程采用水準測量的方式，每處歷史建筑至少布設3個以上的控制點，精度根據(jù)《地面三維激光掃描作業(yè)技術規(guī)程》等相關規(guī)范的規(guī)定，平面精度滿足城市二級點的要求,高程精度滿足四等水準點的要求。

 

    3.三維激光掃描

 

    歷史建筑精細測繪主要采用三維激光掃描技術手段，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，測量速度效高為976000點/秒，標稱精度為±2mm，滿足《地面三維激光掃描作業(yè)技術規(guī)程》中一等儀器指標的要求。各站點云數(shù)據(jù)拼接所采用的標靶為圖3所示的儀器配套標靶球，相鄰站之間一般高低錯落地均勻布設不少于3個標靶球。

 

    對于屋頂?shù)容^高位置的掃描，一般借助周邊較高建筑設站,必要時搭設臨時的升降平臺架設掃描站。對于無法獲取完整點云數(shù)據(jù)的隱蔽區(qū)域,采用全站儀、激光測距儀等常規(guī)測量手段獲取數(shù)據(jù)。

 

    4.紋理圖像采集

 

    采用不低于1000萬像素的數(shù)碼相機獲取模型的紋理圖像，選擇光線較好的時間段、從整體到局部進行拍攝。對于如屋頂、山墻等較高位置紋理圖像的采集，采用人持數(shù)碼相機拍攝的方式有時無法獲取圖像，或無法獲取較為正視的圖像,項目采用如圖4所示的DJI旋翼無人機進行拍攝，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.點云數(shù)據(jù)處理

 

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

 

    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，項目采用Photoshop軟件，通過裁剪、圖形變換等工具進行變形糾正，將圖像調(diào)整為正視圖像;通過仿制圖章、污點修復畫筆等工具消除圖像中的一些噪聲點;通過亮度、對比度等工具進行色彩調(diào)整。

 

    對于墻體、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,紋理貼圖時通常采用“以點代面，’平鋪的方法，即僅采集小面積、具有代表性的圖像(種子圖像），通過不斷重復平鋪的方式進行紋理貼圖。這時同樣需要通過在Photoshop軟件中對種子圖像進行裁剪、色彩調(diào)整等，使得平鋪后的紋理實現(xiàn)無縫過渡，相鄰處不會出現(xiàn)明顯的“突兀”現(xiàn)象。

 

    7三維建模、紋理貼圖

 

    項目主要采用3dsMax軟件進行三維建模及紋理貼圖。將上述封裝好的點云數(shù)據(jù)導人3dsMax軟件中，對于建筑物的墻體、門窗、梁柱等較為規(guī)則的結構可直接在軟件中采用相應的球面、弧面、柱面、平面等基本幾何體根據(jù)點云數(shù)據(jù)進行制作;對于斗拱等較為復雜的組合式結構,一般將其組成部件分開制作，最后合并成為一個物體;對于更為復雜的浮雕、塑像等不規(guī)則構件，一般單獨提取其點云數(shù)據(jù)，先在GeomagicStudio軟件中進行三角化封裝，經(jīng)孔填充、邊修補、細化、光滑處理等優(yōu)化步驟建成精細模型后,再導人3dsMax軟件中與其他構件一起組成一個整體。對于缺少點云數(shù)據(jù)的隱蔽區(qū)域,根據(jù)全站儀或激光測距儀所觀測的點位、尺寸等數(shù)據(jù)進行三維建模�；�本模型建好后，對各個構件采用對應的圖像進行紋理貼圖，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)導出為DWG格式，最終通過在AutoCAD軟件中對DWG格式的切片數(shù)據(jù)進行一定的編輯和尺寸標注,形成歷史建筑的平、立、剖面圖成果。

 

    9.結果和分析

 

    項目共完成了區(qū)內(nèi)歷史建筑精細三維模型及平、立、剖面圖的制作，圖片展示了項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、亭臺樓闕等等。

 

    對于三維模型成果,采用現(xiàn)場比對的形式進行檢核,主要包括模型的完整性檢查(模型各個組成部分的錯、漏情況）、模型紋理貼圖的準確性、完整性、協(xié)調(diào)性檢查(模型紋理的準確性、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、無人機等多種測繪新技術,能夠?qū)崿F(xiàn)所見即所得，而且采用全站儀等常規(guī)方法進行查漏補缺,因此項目三維模型成果在完整性、一致性等方面均能滿足地區(qū)相關規(guī)范的要求。

 

    而模型制作的準確性采用激光測距儀（測距標稱精度為±1mm)對平、立、剖面圖中所標注的歷史建筑的尺寸進行實地檢核，檢核結果皆滿足《地面三維激光掃描作業(yè)技術規(guī)程》中平、立、剖面圖制作的要求（尺寸檢核相對誤差不大于1/200),表1給出了部分歷史建筑尺寸的檢核情況。

以上就是整個工作方案的全部流程，希望這個工作方案的經(jīng)驗能夠幫助到您，如果您還想了解更多關于歷史建筑測繪的問題，可以觀看本網(wǎng)站的其他文章內(nèi)容。