浅谈新型测绘技术在历史建筑测绘建档中的应用

浅谈新型测绘技术在历史建筑测绘建档中的应用

邢海洋

苏州航天宏图软件技术有限公司

摘要：

以安徽歙县历史建筑测绘建档项目为例，结合三维激光扫描、无人机倾斜航飞建模等新型测绘技术的发展现状，探索新技术在历史建筑测绘建档工作中的应用，为历史建筑的建档、保护、修缮、研究和活化利用打下坚实数据基础，并进一步提升历史建筑保护工作水平。

关键词：三维激光扫描、无人机倾斜航飞建模、历史建筑测绘建档

1 背景与现状分析

历史建筑承载着不可再生的历史信息和宝贵的文化资源，具有重要的历史价值。推进历史建筑测绘建档工作，有利于保护城乡历史文化遗存，赓续城乡历史文化脉络，保护中华文化基因，促进城乡高质量发展。歙县作为国家历史文化名城，人文底蕴深厚，历史文化遗存丰富，歙县是目前历史建筑最多的县。为贯彻落实习近平总书记关于文化遗产保护的重要指示精神，落实国家和省关于开展历史建筑测绘建档三年行动计划的工作要求，需要完成本次历史建筑测绘建档任务。

本项目结合当地实际，根据历史建筑测绘成果应用需求先确定测绘类型，再通过测绘和地理信息技术，对区域内的历史建筑进行调查、测绘、编档，最后形成数据成果和建立“一处一册”档案。本项目要有较强的实用性和前瞻性，能为本县历史建筑的宣传、保护、修缮、研究和活化利用打下坚实数据基础，并进一步提升本县历史文化名城保护工作水平。

2 新型测绘技术助力历史建筑建档探索

历史建筑测绘建档需要全面准确地反映历史建筑的现状情况。测绘内容主要包括总平面图、平面图、立面图、剖面图、特殊构件大样图等[1]。应遵循“从整体到局部，先控制后细部”的测量原则。确保测绘数据的真实性、准确表达建筑的结构、比例和工艺。宜通过自测步量，把握历史建筑的整体比例和各部分、构件的相互比例和对位关系。应对建筑方正、对称、平整情况进行测量并验证，可用间接方法推算部分数据。历史建筑测绘类型包括简略测绘、典型测绘和全面测绘。简略测绘只对历史建筑重要控制性结构尺寸进行测量。测绘成果可用于历史建筑数字建档和日常管理。典型测绘需对最能反映历史建筑特定的形式、构造、工艺特征及风格的典型构件进行测量。测绘成果可用于历史建筑数字化建档和日常管理，常规修缮、维护、活化利用等保护性工程。全面测绘要对历史建筑所有构件及其空间位置关系进行全面而详细的勘察和测量。测绘成果可用于历史建筑数字化建档和日常管理，历史建筑迁移、复建，以及核心价值要素复原修缮等重要工程。由于居民长期居住外地无法进入、室内物品尚未完全搬移等特殊情况，应先完成建筑外立面、周边环境等可测部分的测绘，待协商妥当后进行补测。

（1）三维激光扫描技术助力测绘建档

三维激光扫描测量具有高精度、高密度、高效率、无接触测量优势，当前已被广泛应用于历史建筑测绘领域。本项目拟采用三维激光扫描技术对历史建筑进行精密测绘。根据《历史建筑测绘规范》，单体历史建筑测绘精度划分为一等、二等、三等。一等精度一般适用于文物建筑的建档、复建、修缮、迁建等；二等精度一般适用于历史建筑的建档；三等精度一般适用于历史建筑、历史文化街区的普查与保护规划编制。本项目单体建筑测绘按二等精度要求实施。地面三维激光扫描点云数据处理工作，主要包括应用彩色点云、点云去噪、点云数据配准与配准后点云数据去噪。

采用点云数据处理软件开展数据处理工作，在测站点云配准时，为控制测量标靶（4 个以上）赋予目标坐标系下的坐标，计算坐标转换参数，完成坐标转换，获取目标坐标系下的配准点云数据。通过各步骤数据处理，获取的地面点云数据，可作为历史建筑测量、绘图、存档的基础数据。结合点云和倾斜模型数据绘制总平图，绘制应绘制建筑轮廓、周边建筑或构筑物、道路、广场、水域、山体、绿化等环境信息，且应完整覆盖历史环境要素。标注建筑总尺寸，建筑与相邻建筑物、构筑物的距离。场地标高与座筑、构筑物的标高，平屋面建筑应标注天面、女儿墙的标高，坡屋面建筑宜标注屋脊、檐口下沿的标高。标注建筑名称、出入口位置、层数、建筑髙度、周边建筑的层高、周边道路、广场名称等信息[2]。

收集完整的点云数据，使用特定的软件根据点云数据半自动绘制平面图。步骤如下：（1）绘制墙体的定位柱网和各轴线；（2）绘制墙体上各种建筑构配件，比如柱子、门窗洞口等；（3）绘制散水、楼梯、台阶等部件；（4）检查图纸成果无误后，删除多余辅助的线条，按照建筑平面图的绘制要求对门窗进行编号标注，并绘出剖面与切面的位置线；（5）尺寸标注应为三道尺寸，分别为总尺寸、轴线尺寸、细部尺寸；（6）按照要求填写图纸名称，测算比例尺，填写其他文字内容。根据完整的点云数据，绘制参考线后利用点云切割等工具绘制立面信息，详细步骤如下：（1）基准线绘制，按尺寸绘制出房屋的横向定位轴线和层高线；（2）绘制门窗洞线和细部的外形轮廓线；（3）绘制门窗分格线及细部构造，按照建筑立面图的要求加深图线，并标注标高尺寸、轴线编号、详图索引符号和文字说明等，完成全图。在软件中提供裁剪、旋转等工具条，在绘制剖面图。根据完整的点云数据，绘制大样图，具体流程如下：（1）确定绘图比例、字高等相关环境设置；（2）绘制定位轴线；（3）绘制轮廓线；（4）图案填充；（5）标注文字及尺寸。

（2）无人机倾斜摄影模型制作助力测绘建档

倾斜摄影测倾斜摄影测量技术通过在同一云台上搭载多台相机，同时从前、后、左、右、正下方五个视角采集影像，构建三维模型。选用多种无人机平台搭载倾斜航摄仪进行补飞。在测区影像资料的基础上，结合收集到的影像区域中符合项目精度及适用要求的基础控制点，再通过对影像区域进行外业踏勘选择，内业设计，按照设计要求进行外业像控点布设，采用网络RTK测量方式获取像片控制点的平面和高程坐标；采用摄区似大地水准面精化成果进行正常高转换。

倾斜影像数据分为三部分：影像数据、GPS数据、飞行记录文件数据，其中影像数据为该架次所拍摄的所有原始影像；GPS数据通过后期解算可以获取GPS天线相位中心处的高精度坐标；飞行记录文件中记录了该架次飞行的相关信息，主要包括航线信息、曝光点信息、飞行方向、每个曝光点五台子相机的状态、报告瞬间摄站的大致坐标信息。充分考虑影像的几何变形和遮挡关系、POS系统提供的外方位元素和相机安装位置关系，使用专用软件将垂直下视影像和倾斜影像进行多层级逐像素密集匹配，进行多视角联合平差。结合像片控制点和各级影像上自动匹配的同名点，通过区域网光束法平差迭代联合解算，获取所有相机自检校参数以及影像的真实空间位置和角度关系[3]。

使用单反相机对测区内建筑一级模型及二级模型底商进行地面近景影像补拍。纹理采集前必须核对影像图及周边的建筑物环境关系以确认该建筑物是所需拍照的历史建筑。拍照顺序也应遵循先整体后局部的原则，拍摄建筑的各个正视图。必须保证每栋建筑的每个面都有一张全景图。相同楼层、相同房型的建筑物就算用一张像片，这栋房屋也必须有一张全景照片。外业照片采集时候必须采集房屋建筑的每一个面的全景，然后再采集其特征点如：窗，门，墙壁，老虎窗等，如需拍照的建筑被其他建筑、树木等遮挡，以需拍照的建筑物为中心，将周边遮挡情况拍照记录下来。相关的墙、窗户、门以及建筑物细节及特征点的照片必须完整且尽量正视。

3 结语

历史建筑具有建档的数据量大。歙县是徽派建筑的发源地，历史建筑数量县级最多，而每个单体历史建筑又由梁、柱、橡、斗、拱、巧构成。历史建筑档案形成极其复杂。历史建筑数字化档案内容多种多样。比如历史建筑柱基到屋顶档案，礼制到规划资料，构造到施工档案，细节到整体档案资料，涉及大量的各种各样的档案，因此数字化建档也是多种多样。传统单点测量技术获取建筑物信息耗时长，采样密度低，且采集的数据不够完整，难以表现出历史建筑物特有的风格与特点。三维激光扫描技术以其对目标物体的全面、高精度、全自动扫描、适合各种复杂测量环境的特点，已成为当前空间信息数据获取的重要途径。无人机倾斜摄影测量可以大大减少历史建筑总平面图的测绘工作量，而且档案中可以更加直观呈现历史建筑现状情况。其他新型测绘技术在历史建筑测绘建档中的应用有待进一步探索。

参考文献：

[1]三维激光扫描技术在历史建筑测绘中的应用[J].王林.安徽建筑.2021,28(08)

[2]历史建筑测绘建档中的多技术融合——以桂林市历史建筑测绘建档项目为例[J]. 刘锟等. 城市勘测. 2021,(05)

[3]无人机倾斜摄影在规划核实测量中的应用[J]. 朱辉.工程建设与设计.2022,(07)

简介：邢海洋，(1987-)，男，汉族，河南南阳，工程师，硕士，研究方向：新型测绘技术在历史建筑保护中的应用。就职于苏州航天宏图软件技术有限公司技术支持部。