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武漢市光谷大道41號現(xiàn)代光谷世貿(mào)中心9棟1002室

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激光掃描工程

徠卡三維激光掃描儀在歷史建筑測繪中的應(yīng)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(shù)特色的古代建筑物,這些珍貴的歷史遺留物經(jīng)過了時(shí)間的洗禮逐漸變的破舊,需要得到后人的保護(hù)。傳統(tǒng)的歷史建筑測繪隨著科技發(fā)展,逐漸被新的三維激光掃描技術(shù)所趕超。本文介紹了徠卡三維激光掃描技術(shù)在歷史建筑保護(hù)中的應(yīng)用。



1、歷史建筑傳統(tǒng)圖紙測繪與徠卡三維激光掃描技術(shù)對比存在的不足

1.1歷史建筑傳統(tǒng)圖紙測繪

傳統(tǒng)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(tǒng)儀器對建筑的軸線尺寸、層 高、構(gòu)件截面、建筑高度等進(jìn)行測量,根據(jù)測量數(shù)據(jù)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(diǎn)密度和精度都非常高的建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)。將所測量的 對象按1︰1實(shí)景復(fù)制三維成型,反映出所有的結(jié)構(gòu)信息,由傳統(tǒng)的手工測量轉(zhuǎn)變?yōu)槭覂?nèi)計(jì)算機(jī)對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高精度測量,并在此基礎(chǔ)上制作出建筑準(zhǔn)確、完整的現(xiàn)狀圖紙,其現(xiàn)狀點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫可作為電子數(shù)據(jù)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(shí)具有極大優(yōu)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(diǎn)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(xiàn)場圖片


案例介紹:古城保護(hù)

1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

1)作業(yè)方案制定 :首先對現(xiàn)場進(jìn)行踏勘,確定掃描作業(yè)方案,在建筑內(nèi)外部合理布設(shè)測站點(diǎn)。

2)儀器安裝:采用徠卡RTC標(biāo)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(qū)域內(nèi)擺站采集數(shù)據(jù),操作簡單快捷,提高工作效率。

3)儀器設(shè)置:儀器測程為130m,采用6mm@10m的分辨率,根據(jù)采集現(xiàn)場地物復(fù)雜程度,決定是否拍攝全景影像,用于后續(xù)作圖參考。開啟VIS 視覺追蹤技術(shù),實(shí)現(xiàn)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(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù),防止數(shù)據(jù)遺漏缺失。同時(shí)現(xiàn)場拼接,實(shí)時(shí)回傳存儲,減少內(nèi)業(yè)工作量。

5)影像獲取 :本項(xiàng)目采用的激光掃描儀為徠卡RTC360,能夠在掃描點(diǎn)云的同時(shí)獲取物體表面影像。 除此之外,需補(bǔ)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(hù)建筑進(jìn)行錄像,直接作為數(shù)據(jù)存檔。


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外業(yè)數(shù)據(jù)采集


2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)出后,除常規(guī)的點(diǎn)云 預(yù)處理之外,主要進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)和拼接。利用標(biāo)定參 數(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云和影像之間的映射,對點(diǎn)云和對應(yīng)的影像 進(jìn)行配準(zhǔn),從而實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)云的賦色,得到建筑表面的 真彩色點(diǎn)云成果。
Cyclone  Register360  智能拼接軟件對點(diǎn)云進(jìn)行自動拼接,操作簡單,讓不具備專業(yè)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(yù)覽


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點(diǎn)云群組之間生成的精度誤差報(bào)告,平均絕對誤差2mm左右




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宗祠點(diǎn)云效果圖


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宗祠全景照片



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單站點(diǎn)云數(shù)據(jù)



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四合院點(diǎn)云數(shù)據(jù)



3 建筑圖繪制

掃描所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不僅外形與實(shí)物一樣,其包含的幾何信息也與實(shí)物完全一致。采用 cloudworx  for CAD 導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù),通過提取建筑結(jié)構(gòu)特征和量測距 離,按合適比例繪制專業(yè)的建筑平面圖、立面圖和剖 面圖。平面圖要求標(biāo)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(biāo)注門窗定位及高度、檐口和屋脊標(biāo)高、4 個(gè) 方位的立面,繪制單線圖 ;剖面圖標(biāo)注屋架擱置方向, 地面、室外、檐口、屋脊、屋架下弦標(biāo)高 ;發(fā)現(xiàn)墻體 較大裂縫和其他較嚴(yán)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(jié)語:

徠卡三維激光掃描儀的應(yīng)用技術(shù)在歷史建筑勘察檢測中已發(fā)揮出積極作用:完善了傳統(tǒng)圖紙測繪中復(fù)雜曲面難以測繪等的不足,真實(shí)地建立歷史建筑表 面點(diǎn)的三維坐標(biāo),獲取精確的構(gòu)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(shí)體點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型,從而建立原本的歷史建筑的三維資料數(shù)據(jù)庫,對歷史建筑的可持續(xù)性的維護(hù)使用是具有深遠(yuǎn)的歷史意義。 




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