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激光遙感技術
發布日期:2019-7-7  點擊次數:3168
摘要:激光遙感技術的應用是日前古建筑和歷史街區保護的新契機。本文首先介紹了激光遙感技術的原理和應用現狀;然后重點闡述了基于激光遙感技術的古建筑保護,包括:古建筑量測、古建筑三維重建和基于三維重建古建筑保護應用;并闡述了基于激光數據的歷史街區三維重建及基于重建的歷史街區保護應用;最后分析了激光遙感技術在古建筑與歷史街區保護中的應用前景和亟待解決的問題。

關鍵詞:激光遙感技術; 古建筑保護; 歷史街區保護; 三維重建
  
  Abstract:Nowadays, the application of laser remote sensing is a great chance for protecting ancient architectures and historic districts. This paper introduces the principles and applications of laser remote sensing technology; then it focuses on the laser-based of ancient architectures: measurement, 3D reconstruction and the application of protecting ancient architectures based on 3D reconstruction; And it expounds on the laser-based 3D reconstruction of historic districts and the application of protecting and redeveloping historical districts; Finally, it analyses the prospects and problems that need urgent solution of the protection of ancient architectures and historic districts based on the laser remote sensing technology.
  Key words:laser remote sensing; protection ancient architecture; historic district; 3D reconstruction
  
  城市古建筑及歷史街區延續了城市歷史文脈,是城市根源的具體體現。隨著經濟社會的發展,必須采取積極的手段進行保護、利用古建筑及歷史街區。保護和利用過程需要對古建筑進行維護、整理或修復,同時也需要保護或恢復歷史街區的空間格局與尺度。國家重大古建筑在大規模修復前要求進行精確的測繪工作,以取得較完備的科學記錄檔案,為古建筑規劃保護和修復提供第一手資料,同時也是研究中國古建筑史和建筑理論的重要資料[1]。因而對于保護、利用古建筑及歷史街區,測繪和記錄兩者的完備資料是最為主要的。
  
  1激光遙感技術的介入
  
  傳統的由建筑師手繪的結構圖和由地面近景攝影測量方法測出的結構圖都能夠表達建筑的關鍵部位和整體結構,但由于技術手段的局限,難以對古建筑進行快速測繪和對整體立體空間進行清晰的表達。據文物部門統計,我國目前被列入保護范圍的古建筑群有近30萬處,古建筑的保護、搶救及修復的工作量非常大,而傳統的建筑測繪和資料整理的方法和技術手段遠遠不能滿足古建筑保護的實際需要。
  新型傳感器——地面激光掃描儀和配套的專業數碼相機融合了激光掃描及遙感等技術,可以同時獲取空間三維點云(Point cloud)和彩色數字圖像(Color imagery)兩種數據,掃描點空間定位精度達到5~10mm的掃描精度,使該項技術成為歐美等國在高效率空間數據獲取方面的研究熱點。近年歐美等地應用涉及城市規劃、資源調查、災害管理、工程設計及國防等方面,特別在城市三維景觀、古建重建、虛擬現實與仿真等方面。
  激光掃描技術可以快速重構整個建筑的全方位立體空間,完整描述建筑物的每一個關鍵要素,因此可以為古建筑保護與更新提供真實準確的三維模型。保護方案依據真三維模型來制定,不僅提高工作效率,而且修復計劃的精細程度和表現效果大為提高。因此,利用地面激光掃描儀進行古建筑和歷史街區的保護具有重要現實意義,也是一項高科技的文化工程。
  
  2激光遙感技術的應用現狀
  
  2.1三維激光影像掃描技術原理
  本文所提的激光遙感技術特指三維激光影像掃描技術,三維激光影像掃描技術又稱“實景復制技術”,它利用三維地面激光掃描儀可以深入到任何復雜的現場環境中進行掃描操作,并直接將各種實體的三維數據完整地采集到電腦中,進而快速重構出目標的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數據, 同時, 它所采集的三維激光點云數據還可進行各種后處理工作(如: 測繪、計量、分析、仿真、模擬、展示、監測、虛擬現實等) [2]。所有采集的三維點云數據及三維建模數據都可以通過標準接口格式轉換給各種工程軟件直接使用。
  
  在三維激光影像掃描儀所獲數據組成的立體模型上可以非常精確地量測出建筑物及物體的尺寸,完全可以代替傳統的測量方式。三維激光影像掃描儀的單點精度,一般可以達到毫米級,這對于古代建筑物的幾十米體量來說,精度已經夠用,并且它建模以后的量測精度不比傳統測量方法差[2]。三維激光掃描最大的意義在于效率高,激光掃描內外業所需時間往往只有傳統方法測量的1/20。另外傳統方法只測到了物體部分點的數據,而激光掃描則測量到了物體的全部細節。
  2.2激光遙感應用現狀
  激光遙感應用范圍非常廣泛,主要包括對地形、建筑物以及其他對象進行高精度測量。
  2.2.1帶狀地形測圖數據采集
  地面三維激光影像掃描儀可進行野外局部帶狀地形區域分段掃描。在具有一定重復掃描區域內,進行三維影像拼接和合并生成帶狀影像圖。通過少量的測量控制點轉換到國家或城市坐標系中,用地形和地物的三維點云數據建立模型,生成帶狀地形圖。對于鐵路、公路、大江大渠兩岸的局部不規則帶狀地形圖測量,較常規測量速度快、精度高[3]。
  2.2.2建立高精度的數字地面模型和城市模型
  三維激光掃描影像數據作為GIS 系統和數據庫更新的重要來源。采集的三維點云數據經過拼接和合并后,進行數據預處理剔除粗差數據,運用數據濾波和分類算法獲得地面高程數據以及地物數據。地面高程數據用于建立高精度的數字地面模型,地物數據經提取和目標識別處理可實現城市三維模型的建立。
  2.2.3古文物建筑物測量及逆向工程應用
  地面三維激光影像掃描技術可為三維數字化設計、三維測量及逆向工程、快速模具制造等相關技術方面提供服務。能夠快速高精度地完成復雜的古建筑結構測量,大型景觀(如建造大佛景觀)三維數字設計與模板制作。
信息來源:  文章作者:佚名 
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