泰来三维| 三维激光测绘技术实现了历史建筑三维空间信息的完整记录

一、背景
二十一世纪以来，随着历史文化保护需求的迅速增长，高效便捷的数字化测绘技术逐渐进入各国历史文化遗产保护者的视野，在众多历史文化遗产保护项目中发挥着越来越大的作用，其中应用最广的当数三维激光扫描技术。故宫博物院利用三维激光扫描技术对太和殿等国宝古建筑进行全面测绘，为文物修缮工程提供了详实的现状信息；甘肃敦煌研究院以三维激光扫描技术结合全景照相技术对敦煌石窟进行了精细测绘与三维重建，建立了让世界惊艳的数字敦煌博物馆；法国巴黎圣母院的大火震惊全球，但不幸中之万幸，教堂在焚毁前曾做过全面的三维激光扫描，建立了完整的建筑数字模型，为教堂的重建提供了不可替代的数据支撑。
二、什么是三维激光扫描？
简单说来，对建筑进行三维激光扫描就像是为建筑拍X光片，把建筑的现状完整记录下来，为管理者、建筑师等提供精确的建筑现状档案。
三、三维激光扫描的原理
三维激光扫描的技术原理是通过三维激光扫描仪向各个方向发射出激光，激光遇到障碍物（如建筑的墙体、地面、天花等）之后反射回扫描仪，扫描仪通过计算激光反射的时间即可获得扫描仪与障碍物之间的距离，从而获得所在空间
三维激光扫描采集回来的点云是分散的一个个空间模型，再利用计算机进行坐标系转换、拼接、降噪、误差修正等一系列数据处理工序，便可得到一个完整的建筑三维点云模型。
四、三维激光测量的历史发展
“全站仪测量是20世纪80年代的技术，GPS测量是90年代的技术，而三维激光测量是21世纪的技术。
五、三维激光测量的应用领域
三维激光测绘技术的应用领域十分广泛，涵盖地形测量、路桥测量、建筑测量、设备测量、管线测量、文物测量等，大到山川地势、小至锅碗瓢盆，均可以一一记录。
三维激光扫描技术相对于传统的人工测绘与基于全站仪、测距仪等的早期数字化测绘技术具有不可比拟的优势，具体包括以下三方面：
1、优势一：数据更精确
历史建筑多为修建于明清或民国时期的砖木、砖混建筑，年代久远，使用时间较长，多存在结构变形或构件残损的情况，历史建筑的测绘档案应该真实记录建筑的“不完美”现状。
传统人工测量：完全依赖于人工现场操作与肉眼判断，数据精确度难以保证，且无法直观测量建筑的三维变形，在绘制建筑测绘图时容易出现“人为修正”的现象，掩盖了建筑现存的隐患与维护需求，不利于历史建筑的保护。
三维激光扫描：三维激光扫描的点云数据精度可达到毫米级，历史建筑的各种微小形变均可精确记录，测绘成果更真实可信。
2、优势二：档案更完整
历史建筑是传统风貌的重要代表，具有丰富的结构形式及装饰细节，建筑空间及构件尺寸等信息繁多。
传统人工测量与全站仪测量：每次只能量取一处构件或一个空间方向的尺寸信息，由于历史建筑细节众多，难免出现漏测，不利于后续的建筑图纸绘制及工程方案实施。
三维激光扫描：只需合理设置现场扫描站点、避免遮挡，即可一次性完整采集建筑物室内外空间尺寸信息（所见即所得），满足历史建筑测绘档案的完整性要求，减少重复测绘。
3、优势三：采集更高效
历史建筑多为使用中的祠庙、民居、文教建筑、工商业建筑等，测绘工作应尽量减少对建筑使用活动的干扰。
传统人工测量：一般需现场工作1-2天，且作业人员在建筑内外频繁走动，在一定程度上影响居民群众的正常生活生产。
三维激光扫描：三维激光扫描技术具有自动化、非接触式的特点，2-3分钟即可完成单站数据的采集，0.5-1天即可完成一座传统民居的现场测量，工作效率提升50%以上，大大降低了对建筑使用的干扰。此外，三维激光扫描的方式不需要搭建脚手架即可轻松完成高处与危险结构的测量，适应各种现场作业条件，能较好应对不同环境条件情况下的历史建筑测绘任务。
六、三维激光测绘成果可以怎么用？
在历史建筑数字化保护工作中，我们将三维激光扫描收集的历史建筑现状数据经过计算机处理，转化成建筑图纸、三维点云模型等，为历史建筑的档案建设、日常维护、建筑修缮、活化设计、展示宣传等提供全面而准确的数据支撑。
1：应用于档案建设
三维激光测绘技术实现了历史建筑三维空间信息的完整记录，这是仅靠基础信息表与二维的现状照片、建筑图纸等图像资料无法实现的，基础信息表、二维图像与三维点云模型共同构成了历史建筑的多维信息档案，突破了传统档案的二维界限，对历史建筑现状信息的记录更完整、更精确。此外，建档工作者可从三维点云模型上轻松判读出历史建筑的建筑形制、结构、价值要素分布情况、保存情况等信息，辅助基础信息表、建筑图纸等其他历史建筑档案资料的制作与整理。
2：应用于管理监
三维激光测绘的数据可作为历史建筑日常管理监督的工作依据。在日常管理中，若发现历史建筑有违规加改建嫌疑，可调取其三维点云模型与现状照片进行比对，即可快速判断建筑现状是否与建档时相符，避免出现因档案照片不全或图纸档案未记录等原因造成的误判，大大提升历史建筑的监管工作效率与准确性
3：应用于建筑修缮与活化
以三维点云模型为基础可绘制历史建筑的高精度测绘图纸，清晰表达建筑的价值特征、空间尺寸、结构形变、残损情况等，作为建筑修缮维护工程与活化改造方案的设计基础
基于高精度点云数据的建筑测绘图准确记录复杂的建筑改建情况，为建筑修缮提供可靠基础资料
4：应用于展示宣传
三维点云数据可以通过裁剪、抽稀等一系列可视化数据处理，制作成可视化的三维点云模型，结合三维点云在线浏览技术，实现历史建筑点云模型的在线互动展示，开拓历史建筑数字化宣传展示的新方向。珠海是历史建筑数字化展示的先行者之一，后续我们将推出珠海历史建筑电子手绘地图，引领读者们亲自体验一番有如带着透视眼镜看建筑的奇妙之旅。
三维激光扫描与点云数据处理技术在历史文化遗产保护领域的应用具有巨大的潜力，等待遗产保护者们进一步探索发掘。随着互联网与数字技术的发展，数字化测绘技术也在不断更新迭代，让我们期待数字化测绘技术在不久的将来能有更亮眼的表现。

审核编辑 黄宇