GLS-2000三維激光掃描儀 文物保護案例 建筑檢測儀

訪(fǎng)問(wèn)次數：2249

產(chǎn)品廠(chǎng)地：深圳市

更新時(shí)間：2022-10-11

簡(jiǎn)要描述：GLS-2000三維激光掃描儀 文物保護案例
BIM 作為目前內工程建設領(lǐng)域受追捧的應用技術(shù)，正受到越來(lái)越多人的關(guān)注。BIM 技術(shù)存在諸多難點(diǎn)，本文結合拓普康三維激光掃描技術(shù)提供一些更的解決方案，希望能為相關(guān)從業(yè)者提供一些幫助。

聯(lián)系我們 在線(xiàn)咨詢(xún)

GLS-2000三維激光掃描儀 文物保護案例

古建筑蔓延了歷史文脈，是人類(lèi)文明的載體。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，古建

筑的價(jià)值逐漸受到人們的度重視。對于古建筑， 必須采取積的手段

進(jìn)行保護與利用。保護與利用的過(guò)程需要對古建筑進(jìn)行維護、整理與修

復，同時(shí)也需要保護或恢復歷 史街區的空間格局與尺度。重大歷史建筑

在修復前都需要進(jìn)行的測量，以取得較完備的科學(xué)記錄檔案，為古建

筑的規 劃保護和修復提供手資料，同時(shí)也是研究古建筑史和建筑理

論的重要資料。

項目系統介紹

一、現狀分析 
目前階段，認識古建筑和研究古建筑的普遍途徑是手工測繪以及普通測量。我傳統的古建筑測繪方法一般為人工實(shí)量法。 
由于這一方法費時(shí)費工、效率不，難以保證觀(guān)測結果的精度，而且成本也不安全，人們越來(lái)越體會(huì )到使用這一方法的 
不便性。近年來(lái)隨著(zhù)空間定位技術(shù)、計算機技術(shù)和地理信息系統的應用，古建筑測繪技術(shù)已進(jìn)入數字化時(shí)代，已發(fā)展成為 
以 3S 集成為特征的新技術(shù)應用。 
二、存在問(wèn)題 
為了減小測量誤差，提測量結果的精度，需要了解誤差的主要來(lái)源及產(chǎn)生的原因，以便采取相應的措施。古建筑測繪中 
存在的問(wèn)題主要有： 
1. 建筑物現狀問(wèn)題：由于長(cháng)期承受荷載、基礎的不均勻沉降、材質(zhì)的不同還有外界自然因素的影響等，構件發(fā)生不同程度 
的收縮、彎曲等多種變形以及其他部位的損壞。 
2. 總尺寸與分尺寸不統一，即各個(gè)組成部分分別測出的尺寸之和與整體測出的尺寸不符。 
相對于這兩大問(wèn)題，解決的方法和應當遵循的原則如下： 
1. 對結構有重大影響的變形及破壞應按照原有狀態(tài)測繪，選擇若干個(gè)同類(lèi)構件進(jìn)行測量和比較，找出其中量大的數值作 
為這類(lèi)構件的統一尺寸； 
2. 對結構沒(méi)有重大影響的變形及損壞應依照現狀測繪，以真實(shí)地表達古建筑的存在狀態(tài)，保持其歷史感和時(shí)間感； 
3. 次要尺寸服從主要尺寸 , 分尺寸服從于總尺寸 , 少數服從多數； 
4. 后換構件應服從于原始構件。應找出建筑物各個(gè)部分的原始構件加以測量。從而定出統一尺寸。而不能以某一構件的某 
個(gè)尺寸數量多，或某個(gè)構件保存得完好，來(lái)決定統一尺寸。 

拓普康三維激光掃描技術(shù)勢

在古建筑研究的活動(dòng)中，用戶(hù)需要關(guān)于研究對象的完整性數據。三維激光

掃描技術(shù)是一項通過(guò)密度的掃描點(diǎn)來(lái)記錄和表達被測古建筑形狀的技

術(shù)，三維點(diǎn)云是原始的測量數據，被測建筑物的幾何空間信息都被包含

其中。如何利用點(diǎn)云，如何在點(diǎn)云的基礎上通過(guò)軟件來(lái)提取空間信息，決

定了三維激光掃描技術(shù)在古建筑保護及維護行業(yè)內的應用方式和成果形

式。

從對點(diǎn)云的應用方式來(lái)看，可分為檔案記錄型應用、尺寸量測型應用、三

維可視化型應用和逆向重建應用。從終的提交成果形式可分為二維圖件

形式（各種平、立、剖面圖，等值線(xiàn)圖）和三維圖件形式（三維密度點(diǎn)

云數據、三維 CAD 模型、三角圖片格網(wǎng)等）。利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)

行古建的保護，目前主要集中在檔案記錄、三維可視化及虛擬三維重建幾

個(gè)方面。

1. 非接觸式測量

運用免棱鏡測量的工作模式，工作人員無(wú)需攀爬到樓頂，也可以獲取確

的數據，既能保護文物的安全，也能保障工作人員的安全。

2. 三維可視化

由于三維激光掃描技術(shù)是以較的密度連續采集等間隔的點(diǎn)，而且每個(gè)點(diǎn)

具有三維坐標、點(diǎn)所處被測古建筑表面材質(zhì)反射度和顏色信息，因此我

們可以直接通過(guò)將這些記錄被測古建筑的點(diǎn)在同一窗口內顯示的方法來(lái)瀏

覽和觀(guān)察被測古建筑的外觀(guān)和內部特征。由于三維激光掃描儀采集數據快

速，被測古建筑可在的時(shí)間間隔內被多次測量，方便用戶(hù)分析其變

形情況，并在關(guān)鍵部位標注符號，標明該部位的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

3. 虛擬三維重建

被測古建筑的點(diǎn)云集合可以看做是立體模型。點(diǎn)云模型可以構建三維數字

模型，以作虛擬現實(shí)和模擬修復等應用，亦可制成各類(lèi)工程圖、結構圖、

切面圖等。自此實(shí)現室內外空間模型的*一體化和模型建構的*

可逆操作，有助于古建研究以及其他利用其在各自領(lǐng)域作更深的拓展

研究。全面的古建筑模型信息可以幫助研究人員更加深入地探究古建筑

的結構、藝術(shù)價(jià)值、營(yíng)造方法。

應用案例 — *故居（使用 GLS-1500）

*故居始建于 1892 年，2002 年 6 月 25 日，務(wù)yuan確定張聞

天故居為全重點(diǎn)文物保護單位。2003 年 1 月，被上海市政府命名

為“上海市愛(ài)主義教育基地”。

為了更好的保護*故居，我們進(jìn)行了建筑物掃描、建筑物點(diǎn)云數據處

理與編輯、可視化平臺下的模型展示及虛擬三維重建的工作。

圖 1 數據采集方案示意圖

2. 點(diǎn)云拼接

外業(yè)測量根據上段所述 3 個(gè)測站按順序進(jìn)行了測量。本項目采用了 GLS-

1500 *的一體化集成操作模式，并從連接點(diǎn)測量、測站 / 后視測量和

導入坐標值測量法等三種測量方法中， 選擇了連接點(diǎn)測量方法進(jìn)行

測試。連接點(diǎn)測量方法測量法簡(jiǎn)單、且易操作，適用于測量范圍在

330 米之內的區域。

外業(yè)測量過(guò)程中，待測對象和標靶是分開(kāi)進(jìn)行掃描和測量的。我們可以首

先選擇測量標靶的命令，照標靶位置，記錄點(diǎn)位。之后，在同一個(gè)測站

位置上，我們選定測量區域，測量距離與間距，掃描儀即可自動(dòng)開(kāi)始

掃描。在內業(yè)處理過(guò)程中，將測站一、測站二及測站三的點(diǎn)云數據、圖像

數據及連接點(diǎn)數據（標靶）輸入到后處理軟件，并將不同測站下的相同連

接點(diǎn)（標靶）一一對應，可將點(diǎn)云數據拼接到同一坐標系下了。

拼接完成后的點(diǎn)云效果如下圖：圖 3 整體建筑點(diǎn)云效果圖 4 局部建筑點(diǎn)云

1. 數據采集方案

經(jīng)過(guò)現場(chǎng)勘察分析，我們共布置了 3 個(gè)測站，并將測站和測站使用標靶

連接點(diǎn)方法進(jìn)行了拼接。測站、標靶分布如下圖所示：

3. 建模流程

三維模型建立的流程一般由特征線(xiàn)提取和模型構建兩部分組成。

A、特征線(xiàn)提取

特征線(xiàn)提取可采用多種方法。如自動(dòng)提取剖面、等值線(xiàn)，根據電云自動(dòng)擬

合線(xiàn)段、圓柱、圓錐、多邊形等基本幾何形狀等。

本項目成果包括單線(xiàn)結構圖，提取時(shí)采用了先繪制三維結構線(xiàn)，再統一投

影到同一二維平面的方法，以保證結構線(xiàn)的平面精度。本項目提取所采用

的使用的軟件為 Topcon 公司自行研制開(kāi)發(fā)的后處理軟件及 AutoDesk

公司的 AutoCAD 軟件。

B、三維模型和虛擬現實(shí)的創(chuàng )建

基于線(xiàn)劃圖的三維模型創(chuàng )建方法的主要思想是由線(xiàn)成面。將 CAD 線(xiàn)劃圖

導入 3DMax 軟件中?；邳c(diǎn)云每個(gè)方向構件的線(xiàn)劃

圖間都具有確的位置關(guān)系，將前后左右上下六個(gè)立面圖一同導入后，可

合成完整的建筑結構圖（圖 9）。

在這個(gè)完整的線(xiàn)框圖上，可根據建筑的結構，逐一搭建實(shí)體模型，比如

3DMax 里的基礎幾何模型 BOX，PLANE 等（圖

10）。

逐步細化模型直至整體建筑模型大體形態(tài)基本成型（圖 11）。

之后將基礎模型進(jìn)行紋理貼圖，并對整個(gè)場(chǎng)景的燈光進(jìn)行設置（圖

12）。

在 3DMAX 里面將模型貼圖整理完成，并且檢查無(wú)誤后。將整個(gè)場(chǎng)景導

入三維虛擬平臺，進(jìn)行平臺測試。在平臺中添加天空、景深效果，以及對

一些材質(zhì)做細化處理（如反射等）以求更好的表現效果。然后進(jìn)行

UI（用戶(hù)界面）設計，添加天氣系統等，使虛擬現實(shí)場(chǎng)景具備漫游設置、

測量距離等功能。

使用三維激光掃描儀比較常規測量?jì)x器對建筑物進(jìn)行測量與成圖工作，它

更具有掃描速度快、實(shí)時(shí)性、精度、主動(dòng)性、全數字特征等特點(diǎn)，

可以大地降低成本，節約時(shí)間，而且使用方便，能夠實(shí)現與設計圖紙進(jìn)

行分析比較，以確定其形變誤差大小等。三維激光掃描測量技術(shù)已經(jīng)在測

繪領(lǐng)域有廣泛的應用。激光掃描技術(shù)在大建筑物數字程模型的

的實(shí)時(shí)獲取方面已經(jīng)表現出大的勢，成為攝影測量與遙感技術(shù)的一個(gè)

重要補充?，F在在大型建筑的變形監測工程、環(huán)境檢測和城市建設方面等

均有成功的應用實(shí)例。

GLS-2000三維激光掃描儀 文物保護案例