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杜汝旭 陆进锋 芮宁静 张秀叶 付 燕 中山大学地理科学与规划学院本科生 指导老师： 陈定安 中山大学地理科学与规划学院副教授 郎 嵬 中山大学地理科学与规划学院副教授，中山大学中国区域协调发展与乡村建设研究院 版权说明：感谢作者授权发布，如有转载等事宜，请联系原作者。 古建筑保留了民族记忆，蕴含着生产生活智慧和民族地域特色，是宝贵的文化艺术结晶，而以梅州为代表的粤东北地区古建筑保护形势较为严峻。运用三维激光扫描技术能够高效地建立高精度的古建筑三维立体模型，使古建筑三维模型结构化及数据信息化，便于古建筑的数字化存档，为古建筑的修缮和保护提供数据支持[1]。基于此背景，在中山大学地理科学与规划学院大学生创新创业训练项目和中山大学中国区域协调发展与乡村建设研究院的支持下，研究小组在8月20日前往梅州市茶阳古镇开展了第一期古建筑三维测绘实践。这一周工作内容包括中山大学第一任校长邹鲁故居、清道光年天褒节孝牌坊等重要古建测绘以及古骑楼街无人机倾斜摄影重构等。 01. 梅州茶阳古镇简介  图1 茶阳古镇在赣闽粤交界客家地区的位置（小组自制）  图2 茶阳镇新马路古骑楼街（小组自摄）  图3 邹鲁故居（小组自摄） 02. 项目简介 不同于传统的测绘方式，本研究利用三维激光扫描技术，对建筑进行整体扫描，利用得到的点云数据来进行古建筑整体结构变形分析，高效地建立高精度的古建筑三维立体模型[2]。同时结合无人机倾斜摄影技术，使古建筑三维模型结构化及数据信息化，便于古建筑的数字化存档，为古建筑的修缮和保护提供数据支持[3,4]。  图4 三维扫描技术与传统法式CAD测绘对比[3] （引自李雪，北京工业大学.2018） 项目使用的仪器包括Trimble SX10扫描全站仪、大疆无人机MAVIC 2 PRO、iPhone11。在古建筑三维测绘中，Trimble SX10扫描全站仪用于获取古建立面的点云数据，古建檐口以上部分（含屋顶）则由无人机通过倾斜摄影获取。在骑楼街模型重构中，无人机用于获取古建檐口以上部分（含屋顶）的建筑数据，iPhone11用于获取建筑的立面数据。  图5 Trimble SX10扫描全站仪 （小组自摄）  图6 大疆无人机MAVIC 2 PRO （小组自摄） 03. 工作过程及初步结果呈现 8月18日晚，在广州市知行机器人公司唐嘉徽老师的不吝帮助下，小组成员掌握了大疆无人机MAVIC 2 PRO的使用方法及倾斜摄影测量的基本技术。8月19日，小组到达茶阳古镇后，经过短暂休息，马上开始投入工作，对茶阳镇古建筑现状进行了初步调研。8月20日上午，在项目指导老师陈定安老师的研究生陈明薇师姐的远程指导下，小组成员迅速掌握了Trimble SX10扫描全站仪的使用方法与注意事项。  图7 小组成员在学习仪器基本操作（小组自摄）  图8 茶阳天褒节孝牌坊（小组自摄） 在8月21日到8月23日期间，小组进行了预测量并成功获取了茶阳天褒节孝牌坊五个角度的点云数据。其中的难点在于测量球的放置。为了使从不同角度获取的点云数据能配准结合构建完整模型，相邻两次扫描必须要扫描到三个或三个以上的位于相同位置的标靶球。在扫描角度较多而球较少的情况下，这很考验小组成员的智慧，稍有不慎，就需要将标靶球重新摆放，再次测量。另外，由于Trimble SX10扫描全站仪不耐高温，小组成员需要定时给仪器降温，或者选择夜间作业。  图9 测绘工作过程（小组自摄）  图10 茶阳天褒节孝牌坊测绘结果呈现（小组自制）  图11 无人机倾斜摄影获取的骑楼街屋顶数据 图12 iPhone11获取的骑楼街立面数据（小组自摄） 04. 调研感想与工作展望 传统测绘方法效率低，不够精确，在面对结构复杂、形式富于变化的古建筑时存在很大缺陷。此次实地调研使我们掌握了三维激光扫描仪的操作方法，感受到了新技术的操作优越性。同时，劳累紧张的室外作业，磨砺了小组成员的意志，也培养了大家吃苦耐劳的精神。 接下来，小组将对获取的数据进行配准处理，通过配准后的点云数据对茶阳天褒节孝牌坊、新马路骑楼街古建筑进行柱子和墙体变形分析，对其结构安全进行评估，并提出相应的修缮建议，助力茶阳古镇的保护与开发利用。另外，小组将基于点云数据对古建筑的几何模型进行研究（图13），以支持有关结构健康的各项监测[5]。针对本次调研遇到的问题小组将进行经验总结并将择日再次前往茶阳镇进行测绘。对邹鲁故居的测绘将首次尝试三维扫描测绘数据的室外内配准，标靶球的摆放是工作最大的难点，小组将在行程前，拟好解决方案并进行预实验，确保测绘能顺利进行。 图13 茶阳天褒节孝牌坊的几何模型（小组自制） 参考文献（References）： [1] 邢汉发,李长辉.基于三维空间技术的历史文化名城数字化建设[J].测绘工程,2014,23(03): 72-76.[Xing H,Li Z.,2014,23(03): 72-76.] [2] 何原荣,陈平,苏铮,等.基于三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术的古建筑重建[J].遥感技术与应用,2019,34(06): 1343-1352.[He Y,Chen P,Su Z et al.,2019,34(06): 1343-1352.] [3] 李雪 .2018. 基于古建筑保护修缮需求的三维激光扫描数据应用研究[D]. 硕士, 北京工业大学, 144.[Li X .2018. 硕士, 144.] [4] Alshawabkeh Y,Haala N.Integration of digital photogrammetry and laser scanning for heritage documentation[J]. International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing & Spatial Information Sciences,2004, 2009(25): 12-23. [5] Chan T O,Xia L,Tang J et al. CENTRAL AXIS ESTIMATION FOR ANCIENT CHINESE PAGODAS BASED ON GEOMETRIC MODELLING AND UAV-BASED PHOTOGRAMMETRY[J]. ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences,2020, XLIII-B2-2020: 751-756. 初审：李郇 审核：刘晔 终审：邓孺孺 ◆ ◆ ◆ ◆ 文章只代表作者观点，文责自负，与本公众号立场无关 ◆ ◆ ◆ ◆ |
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