古建筑测绘技术与方法.doc

1、古建筑测绘技术与方法摘要：古建筑测绘是进行古建研究的基础性工作，建立一套科学测绘体系是对古建筑进行高效、准确、全面测绘的需要。本文就古建筑测绘的技术与方法作了详细论述。 关键词：古建筑；测绘技术；方法 中图分类号： P2 文献标识码： A 引言 古建筑测绘是记录、研究、以及进行古建筑修缮和保护的一项基础工作，一套完整、准确、详实的测绘记录是留给后人读解历史最丰厚的遗产和进行古建筑研究的科学依据。只有建立一套科学合理的测绘方法和体系，才能实现古建筑测绘的快速、有序、准确和详实。唐、宋、辽金古建筑由于历史久远，遗存数量稀少，在测绘时通常会搭建“满堂架” ，并使用很长的工期对每一建筑构件都进行逐一的

2、编号和测量。与前者相比，明清古建筑数量众多，保存相对完好，大量建筑或保持原有用途，或作为博物馆仍在继续使用。受测绘工期和条件的限制，在测绘时通常只能搭设部分脚手架，或是仅依靠爬梯进行测量，因此更需要科学的方法指导。 古建筑测绘的现状 新技术为古建筑精细测绘提供了各种各样的可能性，推动古建筑测绘数据技术获取向着集成化、实时化、动态化、数字化和智能化的方向发展。当前，古建筑测绘的主要手段有全站仪离散点测量方法、摄影测量方法、全站仪与摄影测量集成方法、三维激光扫描方法等。张文江等采用经纬仪、全站仪对河北保定市古莲花池、清西陵进行测绘，解决了古建筑檐口和屋顶等高空部位测量问题，但该方法效率低，对复杂、

3、非规则的古建筑测绘时间长。汉堡应用科学大学 Richard 等采用数字摄影测量方法对德国北部古城堡进行三维重建，美国加州大学柏克莱分校Paul 等利用少量图片对大范围建筑物进行三维重建。但摄影测量存在影像存在死角，如何将在不同地点拍摄影像高效、高精度拼接也是该方法大规模使用需要解决问题。全站仪可以解决摄影测量畸变校正和像对连接所需的几何特征测量问题，但这种方法依然面临如何快速从洞窟摄影影像上提取与全站仪测量对象匹配的特征问题。三维激光扫描仪可同时获取空间三维点云和彩色图像，已成功用于故宫修复测绘、山西陵川县西溪三仙庙部分建筑及其五台山佛光寺东大殿三维建模、西安市民居保护工程等。由于遮挡关系，在

4、某一扫描站上不可能获得被扫目标所有三维信息，需要从不同角度多次扫描，多站数据拼接融合精度控制以及大数据量点云测图与自动建模处理，影响着三维激光扫描在古建筑精细测绘中的实际应用。 以上各种单一测绘方法有其优势，但也有缺点，无法满足古建筑物精细、全面和高精度测绘需求，而将各种测绘方法有效集成，通过多种测量手段数据融合处理，解决单一测绘手段在某些方面不足，是古建筑精细测绘技术发展趋势。 古建筑测绘技术与方法 投影法是古建测绘常用的一种方法:将各构件边缘点直接投影在地面上，再测量构件尺寸、间距和高度。从理论上说，此方法是准确的，但在实际测量过程中，目前常用确定竖直投影的工具是铅垂。铅垂受到风的影响很难

5、保持静止，即便排除了风的干扰，铅垂也多做圆周运动，同时铅垂位置也难以控制在最适合定点的高度，因此完全依赖测量者的估计，在这种情况下多次转换只能增加误差。在测量构件高度时，由于地面地砖高低不平，或不均匀沉降等因素存在，测量所得数值无法进行校核，有时甚至会得到与实际相悖的数据。按照公式:斜长 L=h(高度)/sin(偏转角)；d(偏移量)=htg 计算，竖向高度为 5m 时，如果垂线倾斜 0.5 度，则地面投影的位移约为 44mm，斜边长度增加为 0.2mm，当高度为 10m 时，位移为 88mm，长度增加为 0.4mm。 ；同样在测构架水平间距时，当间距为 10m，倾角为 2，距离增加为 6mm

6、，位移为 350mm。 因此，当使用激光测距仪测量梁架水平尺寸时，通过用激光测距仪的水平泡校正，通过目测加以控制，所得数值误差相对较小。在测量各构件竖向高度时，以同一构件同一位置(如最后一架梁的梁底、柱顶等)为参照系得到柱头以上梁架的高度关系，并对梁底高度变化用水平管进行校核，其距地面高度则通过柱头高度来确定。 2.1、外业测量数据采集详细流程 （1）采踏勘选定。现场踏勘，制定外业数据采集方案，包括控制方案、测站设置方案、标靶布设方案和纹理采集方案。 （2）测量基准建立。以全站仪、测距仪、水准仪等传统测量传感器建立古建筑精细测绘的基础控制，并以全站仪交会测量方法获取古建筑各构件间的连接点三维坐

7、标、大样图，建立古建筑测量一级控制，为后续数据采集提供测量基准和数据拼接连接点。 （3）三维激光扫描。受视角限制，一般要采用三维激光扫描仪在不同的位置获取古建筑点云数据。因此，需要对多站点云数据进行拼接。由于各站点云数据坐标系不同，相邻测站之间以同名靶为标志进行拼接，实质就是通过不同测站点间同名 IE 在两个坐标系下的坐标计算这两个坐标系之间的转换参数。 为保证不同测站点云数据有效拼接，须保证相邻测站重叠区域内有至少 3 个标靶点。对于站点重叠较少的对象，如建筑物内部与屋顶瓦面，需要采用全站仪测定统一参考下的连接点空间坐标，将点云数据归算到同一坐标系下。此外，为了有效减少多个测量站点间进行匹配

8、所带来的累积误差，应在能获得完整数据情况下尽可能减少测量站点个数。同时为了增加匹配精度，使用全站仪对各个站点位置进行精确测量。 （4）对局部细节测绘。于局部隐蔽区域或一些具有代表性的小构件采用手持三维激光扫描仪获取局部精细点云。对于部分关键物体进行高分辨率近景摄影测量。对一些无法扫描点云并且无法使用近景摄影测量地方可采用钢尺、照相或全站仪人工传统测量方式补充数据。 （5）古建筑全景影像采集。采用 360全景相机配合三维激光扫描仪在不同的测站同时拍摄全景影像，同时拍摄的目的在于使激光点云扫描区域和影像拍摄区域相同，利于对点云和影像进行自动匹配。 2.2、内业数据处理详细流程 （1）点云拼接与影像

9、配准。要做到各测站点之间的点云数据精确拼接就要求在使用扫描过程中靶球和全站仪测量共同进行，以提高拼接精度。将现场采集的全景影像与点云数据精确匹配，使点云不仅仅携带有空间三维信息，同时还带有纹理信息。 （2）点云索引预处理。由于点云数据量大，点云处理软件如AutoCAD、TerrS0lid 对点云数据导入、显示和处理效率低，需要建立点云索引。点云索引采用常用的金字塔索引方式，每一级索引网格步长可设置为 100。进一步对点云数据进行噪声处理，剔除无效数据。 （3）图件绘制。根据拼接之后的扫描点云数据以及近景摄影测量数据，按照古建筑物绘图规则与精度，进行古建筑物精细测绘，具体包括平面图、立面图、剖面

10、图等二维图纸。图件绘制可采用点云面片切割、基于点云平面投影等获取点云在成图平面上的点云数据和投影图，以此可方便绘制各种古建筑物图件、构件图件等。 点云面片切割是根据绘图需要，获取不同部分点云在基于设定平面的切片组合在一起进行构件测图。考虑到切片点云密度，需要根据不同位置需求，从原始点云中选择数据加密点云，这样既能保证整体轮廓清晰，又能保证关键部位点云数据足够密集，还能保证整体数据量不至于过大 三维模型重建。首先，可利用古建筑物三视图建立古建筑物三维模型框架；然后根据各个构件图纸、构件尺寸及构件在三视图中的位置，重建精确的三维模型。最后，将采集的全局影像映射到三维模型上，得到古建筑真实三维模型。

11、 结语 随着信息化技术在考古学及文物保护领域中应用的深人，文物数字化问题已成为开展各项工作的基础。本研究提出的多测量手段可以有效、全面获取建筑三维空间数据，速度快且精度高，满足古建筑三维重建要求。据此可生成建筑物各种比例尺平面图、构件精细图纸和精细三维模型，用于古建筑虚拟展示。古建筑精细三维数字模型记录了古建筑真实三维信息和纹理信息，为古建筑修缮和恢复提供数据支持；同时，三维数字化古建筑模型有利于古建筑面向用户的交互式展示，可以较好地解决丰富的展品与有限的展览空间、时间的矛盾，让更多的人分享人类古老文明，对于实现不同地区文物资源共享、保护珍贵的文物资源、传播古老的文明文化、展示悠久的历史文化资源具有极其重要的现实意义。 参考文献： 1李宝瑞. 地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究D.长安大学，2012. 2冯钧森. 古建筑测绘技术与方法J. 企业家天地，.