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027-87808016

武漢市光谷大道41號現代光谷世貿中心9棟1002室

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掃描工程

徠卡三維激光掃描儀在歷史建筑測繪中的應用

摘要:

我國擁有悠久的歷史文化,這份歷史留下了很多具有藝術特色的古代建筑物,這些珍貴的歷史遺留物經過了時間的洗禮逐漸變的破舊,需要得到后人的保護。傳統的歷史建筑測繪隨著科技發展,逐漸被新的三維激光掃描技術所趕超。本文介紹了徠卡三維激光掃描技術在歷史建筑保護中的應用。



1、歷史建筑傳統圖紙測繪與徠卡三維激光掃描技術對比存在的不足

1.1歷史建筑傳統圖紙測繪

傳統測繪主要是采用鋼卷尺、鋼直尺、激光測距儀、 樓板測厚儀、全站儀等傳統儀器對建筑的軸線尺寸、層 高、構件截面、建筑高度等進行測量,根據測量數據繪制建筑平面、立面和剖面圖。



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1.2徠卡三維激光掃描儀在歷史建筑圖紙測繪

徠卡三維激光掃描采用非接觸測量方式,能夠快速獲取點密度和精度都非常高的建筑物點云數據。將所測量的 對象按1︰1實景復制三維成型,反映出所有的結構信息,由傳統的手工測量轉變為室內計算機對點云數據的高精度測量,并在此基礎上制作出建筑準確、完整的現狀圖紙,其現狀點云數據庫可作為電子數據永久存檔。三維激光掃描避免了人工接觸對象造成的建筑損壞、測量精度不高、測繪人員人身安全等不利因素;且在解決一些疑難問題時具有極大優勢,如對于歷史建筑中的各類曲線形 式、雕刻、文字、彩畫及毀損、殘缺等狀況,在點云中可以方便地勾畫出來,迅速測量所有需要的尺寸。 



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現場圖片


案例介紹:古城保護

1 外業數據采集

1)作業方案制定 :首先對現場進行踏勘,確定掃描作業方案,在建筑內外部合理布設測站點。

2)儀器安裝:采用徠卡RTC標配腳架,卡口式安裝,無需對中與整平,采用自由架站方式,在采集區域內擺站采集數據,操作簡單快捷,提高工作效率。

3)儀器設置:儀器測程為130m,采用6mm@10m的分辨率,根據采集現場地物復雜程度,決定是否拍攝全景影像,用于后續作圖參考。開啟VIS 視覺追蹤技術,實現自動拼接。

4)儀器控制:通過儀器自身高清彩色觸摸屏控制,并在平板電腦實時查看數據,防止數據遺漏缺失。同時現場拼接,實時回傳存儲,減少內業工作量。

5)影像獲取 :本項目采用的激光掃描儀為徠卡RTC360,能夠在掃描點云的同時獲取物體表面影像。 除此之外,需補充對建筑的平、立、剖面不同方向和局部的拍照,對重要的保護建筑進行錄像,直接作為數據存檔。


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外業數據采集


2 內業數據處理

外業掃描獲取的點云數據導出后,除常規的點云 預處理之外,主要進行點云配準和拼接。利用標定參 數實現點云和影像之間的映射,對點云和對應的影像 進行配準,從而實現對點云的賦色,得到建筑表面的 真彩色點云成果。
Cyclone  Register360  智能拼接軟件對點云進行自動拼接,操作簡單,讓不具備專業測量知識的人也能快速掌,效率高。



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自動拼接效果預覽


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點云群組之間生成的精度誤差報告,平均絕對誤差2mm左右




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宗祠點云效果圖


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宗祠全景照片



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單站點云數據



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四合院點云數據



3 建筑圖繪制

掃描所得的點云數據不僅外形與實物一樣,其包含的幾何信息也與實物完全一致。采用 cloudworx  for CAD 導入點云數據,通過提取建筑結構特征和量測距 離,按合適比例繪制專業的建筑平面圖、立面圖和剖 面圖。平面圖要求標注墻中軸線、墻體布置及寬度、 門窗定位、樓梯、庭院外廊立柱、陽臺、室外臺階 ; 立面圖標注門窗定位及高度、檐口和屋脊標高、4 個 方位的立面,繪制單線圖 ;剖面圖標注屋架擱置方向, 地面、室外、檐口、屋脊、屋架下弦標高 ;發現墻體 較大裂縫和其他較嚴重的毀損,附加簡單注明。


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剖面圖


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平面圖








結語:

徠卡三維激光掃描儀的應用技術在歷史建筑勘察檢測中已發揮出積極作用:完善了傳統圖紙測繪中復雜曲面難以測繪等的不足,真實地建立歷史建筑表 面點的三維坐標,獲取精確的構件截面尺寸,提高了繪制建筑圖的精度;取得了歷史建筑的三維實體點云數據模型,從而建立原本的歷史建筑的三維資料數據庫,對歷史建筑的可持續性的維護使用是具有深遠的歷史意義。 




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