岩石科技GLS-2000三维激光扫描在古建筑测量与维护中应用

  • 时间: 2016-06-24 10:20:21
  • 点击率: 4746

  概述

  古建筑蔓延了历史文脉,是人类文明的载体。随着社会经济的发展,古建筑的价值逐渐受到人们的高度重视。对于古建筑,必须采取积极的手段进行保护与利用。保护与利用的过程需要对古建筑进行维护、整理与修复,同时也需要保护或恢复历史街区的空间格局与尺度。重大历史建筑在修复前都需要进行精确的测量,以取得较完备的科学记录档案,为古建筑的规划保护和修复提供第一手资料,同时也是研究古建筑史和建筑理论的重要资料。

  项目系统介绍

  现状分析

  目前阶段,认识古建筑和研究古建筑的普遍途径是手工测绘以及普通测量。我国传统的古建筑测绘方法一般为人工实量法。由于这一方法费时费工、效率不高,难以保证观测结果的精度,而且成本高也不安全,人们越来越体会到使用这一方法的不便性。近年来随着空间定位技术、计算机技术和地理信息系统的应用,古建筑测绘技术已进入数字化时代,已发展成为以3S集成为特征的新技术应用。

  技术优势

  在古建筑研究的活动中,用户需要关于研究对象的完整性数据。三维激光扫描技术是一项通过高密度的扫描点来记录和表达被测古建筑形状的技术,三维点云是最原始的测量数据,被测建筑物的几何空间信息都被包含其中。如何利用点云,如何在点云的基础上通过软件来提取空间信息,决定了三维激光扫描技术在古建筑保护及维护行业内的应用方式和成果形式。从对点云的应用方式来看,可分为档案记录型应用、尺寸量测型应用、三维可视化型应用和逆向重建应用。从最终的提交成果形式可分为二维图件形式(各种平、立、剖面图,等值线图)和三维图件形式(三维高密度点云数据、三维CAD模型、三角图片格网等)。利用三维激光扫描技术进行古建的保护,目前主要集中在档案记录、三维可视化及虚拟三维重建几个方面。

  GLS-2000三维激光扫描仪介绍:

    GLS2000三维激光扫描仪是一款脉冲式的激光扫描仪,具有130m 、350m 、500m三种型号的扫描仪、扫描速度达到120000/秒。扫描距离达到500m,是目前中距离中最长的一款,全视角范围360°*270°,内置了双相机(广角相机、长焦相机)单幅照都达到500万像素。内置两种激光1M和3R方便客户选择使用,内置双轴补偿器、补偿范围为±6′,扫描方法有后视法/后方会法、这种方法速度快精度高、更加方便使用。

  我们通过会采用以下两种方法(后视法/后方交会法)来布置扫描站数,使用标靶坐标进行拼接,并将测站已知点和标靶连接点进行匹配,扫描方式如图所示。

  扫描方法:

后视法

后方交会方案示意图

 

  应用案例——

  北京奥腾岩石科技有限公司及相关单位共同对古建筑物进行三维扫描、建筑物点云数据处理与编辑、可视化平台下的模型展示及虚拟三维重建的工作。

  数据采集

外业数据采集

 

图4整体建筑点云效果

图5局部建筑点云效果

  建模流程

  三维模型建立的流程一般由特征线提取和模型构建两部分组成。

  特征线提取

  特征线提取可采用多种方法。如自动提取剖面、等值线,根据点云自动拟合线段、圆柱、圆锥、多边形等基本几何形状等。本项目成果包括单线结构图,提取时采用了先绘制三维结构线,再统一投影到同一二维平面的方法,以保证结构线的平面精度。

前视

内部前视

右侧

整体

  三维模型和虚拟现实的创建

整体线框图

在线框结构上搭建实体模型

  逐步细化模型直至整体建筑模型大体形态基本成型。

实体模型基本结构

贴图后的模型

加入灯光和天空效果的虚拟现实截屏

  总结:

  使用三维激光扫描仪比较常规测量仪器对建筑物进行测量与成图工作,它更具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点,可以极大地降低成本,节约时间,而且使用方便,能够实现与设计图纸进行分析比较,以确定其形变误差大小等。三维激光扫描测量技术已经在测绘领域有广泛的应用。激光扫描技术在高大建筑物数字高程模型的高精度的实时获取方面已经表现出强大的优势,成为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。现在在大型建筑的变形监测工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的应用实例。