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                項目案例

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                文章發布于:2021-07-01 作者:admin 瀏覽次數:

                歷史建筑是人類歷史發展過程中產生的瑰寶,有著重要的歷史價值、科學價值、藝術價值、社會價值和經濟價值,故對于歷史建筑的保護刻不容緩。通過對歷史建筑進行精細測繪,獲取其三維模型、平立剖面圖等成果,作為歷史建筑規劃保護和修復等工作的第一手數字檔案資料,具有深遠的意義,下面湖南超立方就測繪的工作方案上給大家做一個介紹。
                 
                    測繪技術為歷史建筑精細測繪提供了各種各樣的手段,推動了歷史建筑三維空間數據獲取向著集成化、實時化、動態化、數字化和智能化的方向發展。目前,歷史建筑測繪的主要手段有全站儀法、攝影測量法及三維激光掃描法等,其中三維激光掃描技術以其數據獲取速度快、實時性強、精度高及非接觸式測量等優點被廣泛應用于北京故宮、敦煌莫高窟等歷史建筑的精細測繪項目中。
                 
                    但由于三維激光掃描技術自身的特點,對于遮擋嚴重、封閉或建筑物之間較為密集的隱蔽區域,將無法獲取完整的點云數據;且對于如屋頂、山墻等較高位置紋理圖像的采集,僅采用人持數碼相機拍攝的方式一般無法獲取較為正視的圖像,這對后續的圖像處理及紋理貼圖等工作將帶來較大困難。
                 
                    因此,單一的技術手段將無法滿足歷史建筑全面、高精度的測繪需求,本文結合某地的歷史建筑精細測繪項目實踐,提出集成三維激光掃描儀、無人機、全站儀、激光測距儀、數碼相機等技術手段的歷史建筑精細測繪方法,并通過實例驗證其可行性。

                    1.項目背景
                 
                    某地是中國古代天下四大鎮一,擁有眾多的歷史建筑。此次項目區內的歷史建筑進行精細測繪,獲取其三維模型、平立剖面圖等成果,并將上述成果與規劃管理平臺對接,實現歷史建筑規劃保護和修復的信息化管理。這些歷史建筑跨越不同時期、風格各異、大小不一,主要包括宅第民居、工業建筑、壇廟祠堂、名人故居、亭臺樓闕等等,且測量條件各不相同,項目成果需滿足地區的相關技術要求。針對上述情況及成果需求,項目充分利用當前各種先進的測繪手段,集成三維激光掃描儀、無人機、全站儀、激光測距儀、數碼相機等進行歷史建筑的精細測繪。
                 
                基于多種技術手段的歷史建筑測繪工作方案
                 
                    2.控制網布設
                 
                    控制網布設的目的是將項目所有測繪成果納人到城市統一的坐標系、高程系中去。項目首先圍繞每處歷史建筑進行控制點布設,平面坐標采用網絡RTK(CORS)或全站儀導線測量的方式,高程采用水準測量的方式,每處歷史建筑至少布設3個以上的控制點,精度根據《地面三維激光掃描作業技術規程》等相關規范的規定,平面精度滿足城市二級點的要求,高程精度滿足四等水準點的要求。
                 
                    3.三維激光掃描
                 
                    歷史建筑精細測繪主要采用三維激光掃描技術手段,所采用的三維激光掃描儀如圖2所示,為相位式的FAROF(k:us3D330,掃描距離為0.6m~330m,測量速度最高為976000點/秒,標稱精度為±2mm,滿足《地面三維激光掃描作業技術規程》中一等儀器指標的要求。各站點云數據拼接所采用的標靶為圖3所示的儀器配套標靶球,相鄰站之間一般高低錯落地均勻布設不少于3個標靶球。
                 
                    對于屋頂等較高位置的掃描,一般借助周邊較高建筑設站,必要時搭設臨時的升降平臺架設掃描站。對于無法獲取完整點云數據的隱蔽區域,采用全站儀、激光測距儀等常規測量手段獲取數據。
                 
                    4.紋理圖像采集
                 
                    采用不低于1000萬像素的數碼相機獲取模型的紋理圖像,選擇光線較好的時間段、從整體到局部進行拍攝。對于如屋頂、山墻等較高位置紋理圖像的采集,采用人持數碼相機拍攝的方式有時無法獲取圖像,或無法獲取較為正視的圖像,項目采用如圖4所示的DJI旋翼無人機進行拍攝,能夠獲取較高位置的正視圖像,極大減少了后續圖像處理及紋理貼圖等工作的工作量,提高了工作效率。
                 
                    5.點云數據處理
                 
                    外業掃描獲取歷史建筑的點云數據后,內業的點云數據處理主要包括點云拼接、點云去噪及點云封裝等。點云拼接通過在儀器配套軟件FAROSCENE中自動搜索各站同名標靶球進行自動拼接,拼接后的平均精度均為mm級別。
                 
                    6.圖像數據處理
                 
                    受拍攝角度及拍攝環境等的影響,外業所采集的部分紋理圖像存在非正視、變形、曝光過度、曝光不足、陰影等情況,項目采用Photoshop軟件,通過裁剪、圖形變換等工具進行變形糾正,將圖像調整為正視圖像;通過仿制圖章、污點修復畫筆等工具消除圖像中的一些噪聲點;通過亮度、對比度等工具進行色彩調整。
                 
                    對于墻體、地面等較大面積的物體,受拍攝條件的限制,一般無法獲取整體的圖像,紋理貼圖時通常采用“以點代面,’平鋪的方法,即僅采集小面積、具有代表性的圖像(種子圖像),通過不斷重復平鋪的方式進行紋理貼圖。這時同樣需要通過在Photoshop軟件中對種子圖像進行裁剪、色彩調整等,使得平鋪后的紋理實現無縫過渡,相鄰處不會出現明顯的“突兀”現象。
                 
                    7三維建模、紋理貼圖
                 
                    項目主要采用3dsMax軟件進行三維建模及紋理貼圖。將上述封裝好的點云數據導人3dsMax軟件中,對于建筑物的墻體、門窗、梁柱等較為規則的結構可直接在軟件中采用相應的球面、弧面、柱面、平面等基本幾何體根據點云數據進行制作;對于斗拱等較為復雜的組合式結構,一般將其組成部件分開制作,最后合并成為一個物體;對于更為復雜的浮雕、塑像等不規則構件,一般單獨提取其點云數據,先在GeomagicStudio軟件中進行三角化封裝,經孔填充、邊修補、細化、光滑處理等優化步驟建成精細模型后,再導人3dsMax軟件中與其他構件一起組成一個整體。對于缺少點云數據的隱蔽區域,根據全站儀或激光測距儀所觀測的點位、尺寸等數據進行三維建模;灸P徒ê煤,對各個構件采用對應的圖像進行紋理貼圖,為其貼圖后的最終模型。
                 
                基于多種技術手段的歷史建筑測繪工作方案
                 
                    8.平、立、剖面圖制作
                 
                    三維模型完成后,在3dsMax軟件中通過切片工具分別從俯視、正視等方向對三維模型進行切片,獲取制作平、立、剖面圖所需的切片數據,并將切片數據導出為DWG格式,最終通過在AutoCAD軟件中對DWG格式的切片數據進行一定的編輯和尺寸標注,形成歷史建筑的平、立、剖面圖成果。
                 
                    9.結果和分析
                 
                    項目共完成了區內歷史建筑精細三維模型及平、立、剖面圖的制作,圖12展示了項目不同類型歷史建筑中典型的模型成果,包括工業建筑、壇廟祠堂、名人故居、亭臺樓闕等等。
                 
                    對于三維模型成果,采用現場比對的形式進行檢核,主要包括模型的完整性檢查(模型各個組成部分的錯、漏情況)、模型紋理貼圖的準確性、完整性、協調性檢查(模型紋理的準確性、清晰度以及紋理與模型的一致性等)、模型及紋理數據命名的正確性、規范性檢查等。由于采用了三維激光掃描、無人機等多種測繪新技術,能夠實現所見即所得,而且采用全站儀等常規方法進行查漏補缺,因此項目三維模型成果在完整性、一致性等方面均能滿足地區相關規范的要求。
                 
                    而模型制作的準確性采用激光測距儀(測距標稱精度為±1mm)對平、立、剖面圖中所標注的歷史建筑的尺寸進行實地檢核,檢核結果皆滿足《地面三維激光掃描作業技術規程》中平、立、剖面圖制作的要求(尺寸檢核相對誤差不大于1/200),表1給出了部分歷史建筑尺寸的檢核情況。

                以上就是整個工作方案的全部流程,希望這個工作方案的經驗能夠幫助到您,如果您還想了解更多關于歷史建筑測繪的問題,可以觀看本網站的其他文章內容。
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