激光遥感技术

激光遥感技术 激光遥感技术 摘要: 激光遥感技术的应用是日前古建筑和历史街区保护的新契机。本文首先介绍了激光遥感技术的原理和应用现状;然后重点阐述了基于激光遥感技术的古建筑保护，包括: 古建筑量测、古建筑三维重建和基于三维重建古建筑保护应用;并阐述了基于激光数据的历史街区三维重建及基于重建的历史街区保护应用;最后分析了激光遥感技术在古建筑与历史街区保护中的应用前景和亟待解决的问题。 关键词: 激光遥感技术; 古建筑保护; 历史街区保护; 三维重建 Abstract: Nowadays, the application of laser remote sensing is a great chance for protecting ancient architectures and historic districts. This paper introduces the principles and applications of laser remote sensing technology; then it focuses on the laser-based of ancient architectures: measurement, 3D reconstruction and the application of protecting ancient architectures based on 3D reconstruction; And it expounds on the laser-based 3D reconstruction of historic districts and the application of protecting and redeveloping historical districts; Finally, it analyses the prospects and problems that need urgent solution of the protection of ancient architectures and historic districts based on the laser remote sensing technology. Key words: laser remote sensing; protection ancient architecture; historic district; 3D reconstruction 城市古建筑及历史街区延续了城市历史文脉，是城市根源的具体体现。随着经济社会的发展，必须采取积极的手段进行保护、利用古建筑及历史街区。保护和利用过程需要对古建筑进行维护、整理或修复，同时也需要保护或恢复历史街区的空间格局与尺度。国家重大古建筑在大规模修复前要求进行精确的测绘工作，以取得较完备的科学档案，为古建筑规划保护和修复提供第一手，同时也是研究中国古建筑史和建筑理论的重要资料[1]。因而对于保护、利用古建筑及历史街区，测绘和记录两者的完备资料是最为主要的。 1激光遥感技术的介入 传统的由建筑师手绘的结构图和由地面近景摄影测量方法测出的结构图都能够达建筑的关键部位和整体结构，但由于技术手段的局限，难以对古建筑进行快速测绘和对整体立体空间进行清晰的表达。据文物部门统计，我国目前被列入‎‎保护范围的古建筑群有近30万处，古建筑的保护、抢救及修复的工作量非常大，而传统的建筑测绘和资料整理的方法和技术手段远远不能满足古建筑保护的实际需要。 新型传感器——地面激光扫描仪和配套的专业数码相机融合了激光扫描及遥感等技术，可以同时获取空间三维点云(Point cloud)和彩色数字图像(Color imagery)两种数据，扫描点空间定位精度达到5~10mm的扫描精度，使该项技术成为欧美等国在高效率空间数据获取方面的研究热点。近年欧美等地应用涉及城市规划、资源调查、灾害管理、工程设计及国防等方面，特别在城市三维景观、古建重建、虚拟现实与仿真等方面。 激光扫描技术可以快速重构整个建筑的全方位立体空间，完整描述建筑物的每一个关键要素，因此可以为古建筑保护与更新提供真实准确的三维模型。保护依据真三维模型来制定，不仅提高工作效率，而且修复计划的精细程度和表现效果大 为提高。因此，利用地面激光扫描仪进行古建筑和历史街区的保护具有重要现实意义，也是一项高科技的文化工程。 2激光遥感技术的应用现状 2.1三维激光影像扫描技术原理 本文所提的激光遥感技术特指三维激光影像扫描技术，三维激光影像扫描技术又称“实景复制技术”，它利用三维地面激光扫描仪可以深入到任何复杂的现场环境中进行扫描操作，并直接将各种实体的三维数据完整地采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据, 同时, 它所采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作(如: 测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等) 。所有采集的三维点云数据及三维建模数据都可以通过接口格式转换给各种工程软件直接使用。 在三维激光影像扫描仪所获数据组成的立体模型上可以非常精确地量测出建筑物及物体的尺寸，完全可以代替传统的测量方式。三维激光影像扫描仪的单点精度，一般可以达到毫米级，这对于古代建筑物的几十米体量来说，精度已经够用，并且它建模以后的量测精度不比传统测量方法差。三维激光扫描最大的意义在于效率高，激光扫描内外业所需时间往往只有传统方法测量的1/20。另外传统方法只测到了物体部分点的数据，而激光扫描则测量到了物体的全部细节。 2.2激光遥感应用现状 激光遥感应用范围非常广泛，主要包括对地形、建筑物以及其他对象进行高精度测量。 地面三维激光影像扫描仪可进行野外局部带状地形 2.2.1带状地形测图数据采集 区域分段扫描。在具有一定重复扫描区域内，进行三维影像拼接和合并生成带状影像图。通过少量的测量控制点转换到国家或城市坐标系中，用地形和地物的三维点云数据建立模型，生成带状地形图。对于铁路、公路、大江大渠两岸的局部不规则带状地形图测量，较常规测量速度快、精度高。 2.2.2建立高精度的数字地面模型和城市模型 三维激光扫描影像数据作为GIS 系统和数据库更新的重要来源。采集的三维点云数据经过拼接和合并后，进行数据预处理剔除粗差数据，运用数据滤波和分类算法获得地面高程数据以及地物数据。地面高程数据用于建立高精度的数字地面模型，地物数据经提取和目标识别处理可实现城市三维模型的建立。 2.2.3古文物建筑物测量及逆向工程应用 地面三维激光影像扫描技术可为三维数字化设计、三维测量及逆向工程、快速模具制造等相关技术方面提供服务。能够快速高精度地完成复杂的古建筑结构测量，大型景观(如建造大佛景观)三维数字设计与模板制作。 1234下一页