01-引言

中國(guó)作為一個(gè)歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)、博大精深的國(guó)度，自然留下了無(wú)數(shù)的文化瑰寶，這其中就不乏一些歷經(jīng)過(guò)烽火戰(zhàn)亂、時(shí)間洗禮的古代建筑。它們是中華名族悠久文明和不屈精神的象征，但也由于他們身上具有的寶貴價(jià)值，當(dāng)這些古建筑由于時(shí)間長(zhǎng)河的沖刷，而遭到一定程度的損傷時(shí)，我們?cè)谛蘅樀臅r(shí)候，對(duì)其復(fù)原的標(biāo)準(zhǔn)和要求也隨之提高，不僅需要盡量維持它的原貌，對(duì)于其中包含的一些建筑技巧，也要盡量保存，不得破壞，以下就古建筑修繕過(guò)程中設(shè)備應(yīng)用做簡(jiǎn)單的探討。

我們應(yīng)在盡量維持古建筑原有樣貌的基礎(chǔ)上，加以修繕。這就要求我們制定合理的方案，以確保在施工過(guò)程中盡可能降低古建筑受到破壞、損失的風(fēng)險(xiǎn)，更加重要的是不能破壞它的歷史價(jià)值和使用價(jià)值。

02-項(xiàng)目背景

現(xiàn)有老舊小區(qū)基本是20世紀(jì)二三十年代建設(shè)，建筑經(jīng)過(guò)一百年的歷史，外墻已經(jīng)褪色、保溫老化。天溝淤積、水管老化。屋頂有漏雨情況，小區(qū)入口門(mén)牌不明顯，圍墻外墻裸露，影響市容。而且老舊小區(qū)樓梯臺(tái)階高差大，加之小區(qū)居住多為老人，不安全也易引發(fā)安全事故。由此引發(fā)的維護(hù)修繕勢(shì)在必行，滬小敖針對(duì)此次情況，為其量身定制了以下測(cè)量技術(shù)方案：

屋頂---航空攝影測(cè)量

學(xué)習(xí)過(guò)透視學(xué)原理的人都知道，一張寫(xiě)實(shí)的畫(huà)作、照片乃至人的視覺(jué)都是具有滅點(diǎn)、視點(diǎn)和透視角度的。這就造成了，只依靠單張照片進(jìn)行測(cè)量會(huì)出現(xiàn)極大的誤差。好在計(jì)算機(jī)解放了人類(lèi)，我們現(xiàn)在可以利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算和拼合多張照片，通過(guò)幾何特征的處理，自動(dòng)構(gòu)建數(shù)字模型。這種方法的好處是極大地減輕了測(cè)繪工作量，無(wú)需直接接觸被測(cè)物，并且可以直接獲得建筑物的外立面、由二維圖像重建三維簡(jiǎn)易模型等。針對(duì)掃描儀觀測(cè)不到的屋頂，可以采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行傾斜攝影，獲取屋頂?shù)狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后與掃描儀數(shù)據(jù)進(jìn)行融合拼接，獲得完整的建筑模型。

外立面及室內(nèi)---架站式三維激光掃描

建筑立面測(cè)量中，通常情況下Z 大的難度就是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾，馬路邊的植被，來(lái)往的車(chē)輛，廣告牌等等，其次就是測(cè)量空間的問(wèn)題，如狹窄的通道，黑暗的樓梯。所以為了保證外業(yè)掃描的高效，確保掃描數(shù)據(jù)完整無(wú)死角，需要提前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，并對(duì)掃描站點(diǎn)進(jìn)行合理的規(guī)劃，以確保高效無(wú)死角的完成所有掃描工作。

01 勘探地形環(huán)境，儀器預(yù)熱，預(yù)設(shè)測(cè)站點(diǎn)等準(zhǔn)備工作完成后開(kāi)始架站掃描。

02 相鄰站點(diǎn)之間要保證數(shù)據(jù)之間的重疊度以免遺漏，尤其是轉(zhuǎn)角處，對(duì)一些復(fù)雜的雕花和建筑需要自定義區(qū)域精細(xì)掃描，可以作為文化遺產(chǎn)宣保的材料。

03 陰暗狹小的樓道也因X12自帶閃光燈及HDR，可以獲取清晰的數(shù)據(jù)。

• Z 短測(cè)程小：Z 小測(cè)程0.3m，是目前架站式掃描儀里Z 短測(cè)程里Z 小的

• 自帶閃光燈及HDR：是目前架站式掃描儀里唯 一自帶閃光燈，可以在黑暗的環(huán)境中，也能獲取清晰的照片

  如上圖所示，狹小的樓道對(duì)于其他掃描儀Z 短測(cè)程0.6m來(lái)說(shuō)，就不太友好，就算勉強(qiáng)可以掃描，但在架站式掃描儀中自帶閃光燈的就只有x12了，那選擇不言而喻

04數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視，可現(xiàn)場(chǎng)檢查其完整性，避免返工。

05數(shù)據(jù)處理，強(qiáng)大的Trimble Realworks軟件支撐，獲得精細(xì)的模型數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足了對(duì)原始建筑的存檔、測(cè)量、檢查，并進(jìn)行修改、修復(fù)，獲得的三維模型還具有數(shù)字展示功能，我們可以在展示平臺(tái)對(duì)物體放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作進(jìn)行全方位查看，還能夠?qū)⒐殴に嚨窕ǖ葍?nèi)容用于宣傳展示。

• 可自定義區(qū)域掃描：對(duì)自定義區(qū)域改變掃描分辨率，單獨(dú)進(jìn)行掃描

外墻中存在一些獨(dú)特的雕花，X12可在正常掃描后，對(duì)其進(jìn)行自定義區(qū)域精細(xì)化掃描，使紋理更清晰，繪畫(huà)更真實(shí)

03-傾斜攝影與掃描儀的結(jié)合

      三維激光掃描在地面上以一定的角度掃描，直接獲取地表物體的表面三維坐標(biāo)，形成激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

      傾斜攝影測(cè)量以無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載數(shù)碼相機(jī)，在空中多角度對(duì)地表對(duì)象進(jìn)行拍攝獲取影像數(shù)據(jù)，然后基于多視影像的地表同名點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行密集匹配，快速獲取地表三維數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)格式一般為JPG 等圖片格式，通過(guò)相應(yīng)的軟件平臺(tái)進(jìn)行空三加密和影像密集匹配算法，自動(dòng)匹配出所有影像的同名點(diǎn)，并從影像中抽取更多的特征點(diǎn)構(gòu)成密集點(diǎn)云。

      由于密集匹配過(guò)程中產(chǎn)生了大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這就為三維激光點(diǎn)云與傾斜攝影密集點(diǎn)云的融合提供了可操作性。地面三維激光點(diǎn)云的高精度可以彌補(bǔ)傾斜攝影近地面區(qū)域精度偏低的缺陷，而空中無(wú)人機(jī)傾斜攝影則彌補(bǔ)了三維激光頂部掃描盲區(qū)和影像獲取視角不夠廣的缺陷，將兩種方法的點(diǎn)云進(jìn)行融合，再進(jìn)行三維建模，就可以實(shí)現(xiàn)三維模型整體上的高精度，解決傾斜攝影三維建模局部拉花、底部效應(yīng)等問(wèn)題。同時(shí)三維激光掃描可以獲取地面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，可以免除傾斜攝影測(cè)量外業(yè)布設(shè)像控點(diǎn)的工作，大大提高作業(yè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)“辦公室測(cè)繪”。 

      三維激光掃描與傾斜攝影技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了空中無(wú)人機(jī)航空影像與地面三維激光點(diǎn)云的“空地聯(lián)合”，全方位無(wú)死角獲取地表物體的完整表面坐標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)高精度的三維建模。

04-成果展示

對(duì)儀器使用者來(lái)說(shuō)，模型精度、點(diǎn)云質(zhì)量、紋理還有它的效率是我們Z關(guān)心的，它們直接關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的成敗。下面展示X12點(diǎn)云樣例數(shù)據(jù)

房屋北向?qū)嵕罢掌?/p>

X12點(diǎn)云模型

• 精度高：?jiǎn)握揪瓤梢钥刂圃?mm以?xún)?nèi)，是目前架站式掃描儀里Z 高精度

• 數(shù)據(jù)質(zhì)量好：10m處的噪聲在0.2mm，是目前架站式掃描儀里Z 好數(shù)據(jù)質(zhì)量

• 分辨率高：Z 小點(diǎn)間距：0.6mm，是目前架站式掃描儀點(diǎn)間距Z 小

• 掃描速度快：Z 大218.7萬(wàn)點(diǎn)/秒，是目前架站式掃描儀里Z 大的掃描速度

  此次項(xiàng)目，外業(yè)共耗時(shí)12個(gè)小時(shí)，內(nèi)業(yè)達(dá)成交付條件共耗時(shí)3個(gè)工作日。數(shù)據(jù)模型相對(duì)實(shí)體基本可以說(shuō)是一比一復(fù)制，相對(duì)于其他的掃描儀來(lái)說(shuō)，高質(zhì)量高效率的數(shù)據(jù)是我們優(yōu)先選擇使用X12的主要原因。
  

05-產(chǎn)品亮點(diǎn)

除了上述介紹外，X12還有其他亮點(diǎn)：

• 測(cè)程長(zhǎng)：Z 大測(cè)程365m，是目前相位式掃描儀里測(cè)程Z 大的

• 視場(chǎng)角范圍大：視場(chǎng)角360°x 320°，是目前架站式掃描儀視場(chǎng)角Z 大的

• 手簿自動(dòng)配準(zhǔn)：配備野外使用的軍標(biāo)級(jí)三防平板，可現(xiàn)場(chǎng)觀看掃描數(shù)據(jù)，并自動(dòng)進(jìn)行配準(zhǔn)。既避免掃描數(shù)據(jù)的遺漏，又不必回到內(nèi)業(yè)花大量的時(shí)間進(jìn)行配準(zhǔn)。

• 軟件亮點(diǎn)：
  

•  多兼容：強(qiáng)大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

  能夠處理市面上幾乎所有主流品牌的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包含機(jī)載，車(chē)載，地面架站式；如Leica、Riegl、Z+F、Faro、Topcon等。

•  多自動(dòng)：點(diǎn)云自動(dòng)配準(zhǔn)，數(shù)據(jù)自動(dòng)分類(lèi)

   無(wú)目標(biāo)全自動(dòng)配準(zhǔn)，并生成配準(zhǔn)報(bào)告

• 點(diǎn)云分類(lèi)功能：能自動(dòng)提取并分類(lèi)道路（中心線）、電   線桿、樹(shù)、建筑物等地物

• 多功能：

  檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、比對(duì)分析、平立剖繪圖、快速體積、土方計(jì)算、半自動(dòng)化建模等...

• 多專(zhuān)業(yè)：

  測(cè)繪、建筑、管道、油罐、工業(yè)、文化遺產(chǎn)、工廠等...

06-小結(jié)

      三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，為按期、高效地完成老舊小區(qū)維護(hù)任務(wù)提供了強(qiáng)有力的保障，也為今后開(kāi)展類(lèi)似項(xiàng)目提供了一個(gè)新的解決方案。相比于傳統(tǒng)的測(cè)量方法，三維激光掃描技術(shù)在數(shù)據(jù)采集效率和成圖精度上均有較大提高，減少了人力物力的投入，縮短了測(cè)量時(shí)間，降低了測(cè)量成本。它的不足之處在于街道兩旁的植物或雜物會(huì)對(duì)街區(qū)表面信息的采集形成速擋，然而這一困難同樣也會(huì)出現(xiàn)在全站儀測(cè)量建筑立面的時(shí)候?？偟膩?lái)說(shuō)，三維激光掃描技術(shù)在任務(wù)中的成功應(yīng)用，為以后解決此類(lèi)項(xiàng)目提供了一個(gè)新思路，具有重要意義。