浅谈地面激光雷达测绘技术在古建筑保护的应用
测绘技术在文物保护中的创新与应用
![测绘技术在文物保护中的创新与应用](https://img.taocdn.com/s3/m/e354cf2f571252d380eb6294dd88d0d232d43c53.png)
测绘技术在文物保护中的创新与应用近年来,随着科技的快速发展,测绘技术在文物保护领域中的创新与应用愈加广泛。
无论是在文物保护的前期勘察与调研,还是在文物保护的实践过程中,测绘技术都起到了不可替代的作用,为文物的传承与保护提供了有效的技术手段与支持。
首先,测绘技术在文物保护的前期勘察与调研中发挥了重要作用。
在文物保护前,对文物进行全面精准的勘察与调研对于后续的保护工作至关重要。
利用测绘技术,可以对文物进行三维扫描和建模,获取文物的准确空间信息和形状数据。
这不仅能够为文物的保护修复提供精确的参考依据,还可以为文物的数字化传承打下坚实基础。
通过测绘技术,文物保护者可以获得准确的尺寸数据和形状图像,为后续的保护计划和修复设计提供重要的参考依据。
其次,测绘技术在文物的保护修复、展示和研究中也发挥了重要作用。
文物保护修复是文物保护的核心环节,而测绘技术则为文物保护修复提供了不可或缺的帮助。
传统的文物保护修复需要依赖手工操作和肉眼观察,容易受到主观因素的影响,而利用测绘技术可以快速且准确地获取文物的三维模型和数据信息,使得文物保护修复更加精细化和科学化。
同时,借助测绘技术,文物的展示和研究也获得了新的突破。
通过测绘技术,可以将文物进行数字化展示,使得观众可以在虚拟环境中近距离欣赏文物,提高了观赏的便利性和体验感。
此外,通过测绘技术,文物的研究者能够在不破坏文物的前提下,获取更多的细节和数据,从而为文物的研究提供更多的线索和信息。
此外,测绘技术在文物保护中的创新应用也在不断涌现。
近年来,利用无人机和激光雷达等新型设备,文物保护从业者可以更加高效和便捷地获取文物的准确数据。
无人机搭载的摄像设备可以在空中快速扫描文物,获取详细的图像信息,激光雷达则可以精确测量文物的三维数据,这些创新的应用不仅节省了测绘时间,提高了勘察和调研的效率,而且还减少了测绘过程中对文物的干扰和破坏。
此外,通过激光扫描和虚拟实境技术,文物保护者还可以实现对文物的远程操作和修复,使得文物保护工作更加灵活和便利。
测绘技术在古建筑保护中的实际应用案例
![测绘技术在古建筑保护中的实际应用案例](https://img.taocdn.com/s3/m/8a1144772f3f5727a5e9856a561252d380eb2033.png)
测绘技术在古建筑保护中的实际应用案例古建筑是中国传统文化的珍贵遗产,承载着丰富的历史文化内涵。
然而,由于年代久远以及自然环境的侵蚀,许多古建筑都面临着严重的破坏和退化。
为了保护这些宝贵的文化遗产,测绘技术被广泛应用于古建筑的保护和修复工作中。
本文将从不同的角度探讨测绘技术在古建筑保护中的实际应用案例。
首先,测绘技术在古建筑保护中的应用主要体现在对古建筑的精确测绘上。
传统的测绘手段如地面测量、水平测量等往往难以满足精确度的要求。
然而,现代测绘技术如激光扫描和无人机航摄技术的出现,极大地提高了古建筑的测绘精度与效率。
例如,北京故宫博物院在对故宫进行修缮时,利用激光扫描技术对故宫建筑的内外部进行了全面的测绘,获得了精确的三维模型,为后续的修复工作提供了重要的技术支持。
其次,测绘技术在古建筑保护中的应用还体现在对古建筑的结构与材料状况的评估。
古建筑经历了漫长的岁月,其结构与材料往往处于不稳定状态。
通过测绘技术的应用,可以全面了解古建筑的结构特征和材料状况,为修复工作提供科学依据。
例如,广东乾隆皇帝皇陵修复工程中,测绘技术被运用于对墓穴内结构的详细测绘,确定了修复方案,并保证了修缮工作的顺利进行。
此外,测绘技术在古建筑保护中的应用还可以辅助保护者对古建筑的文物价值进行评估。
古建筑不仅仅是一座建筑物,更是一座历史的遗迹和文化的载体。
通过测绘技术的应用,可以准确记录古建筑的历史、文化和艺术价值,并评估其保护价值。
例如,在对中国丹江口水库库区进行淹没调查时,测绘技术被用于对水库库区内古建筑的测绘和文物调查,为保护文化遗产提供了重要的参考依据。
最后,测绘技术在古建筑保护中的应用还可以辅助保护者对古建筑进行数字化展示和虚拟重建。
由于各种原因,许多古建筑已经不再完整存在。
通过测绘技术的应用,可以对已经消失或严重破损的古建筑进行数字化展示和虚拟重建,使得古建筑的历史和文化价值得以传承和弘扬。
例如,在敦煌石窟的文化遗产保护工作中,测绘技术被用于对石窟内壁画的测绘与数字化重建,为后世保存和研究壁画提供了珍贵的资料。
激光扫描测绘技术在建筑文物保护中的应用指南
![激光扫描测绘技术在建筑文物保护中的应用指南](https://img.taocdn.com/s3/m/761dba52974bcf84b9d528ea81c758f5f61f29cb.png)
激光扫描测绘技术在建筑文物保护中的应用指南引言:建筑文物是一个国家、一个民族的历史记忆,承载着丰富的文化遗产和价值。
然而,时间的流逝和自然的侵蚀使得许多建筑文物面临着危险。
为了保护这些宝贵的遗产,激光扫描测绘技术逐渐成为建筑文物保护领域的重要工具。
本文将介绍激光扫描测绘技术的原理和应用,以及在建筑文物保护中的具体指南。
一、激光扫描测绘技术的原理激光扫描测绘技术是一种利用激光束反射原理进行三维测量的技术。
通过激光仪器发射激光束,并利用仪器接收激光束的反射信号来计算目标物体的几何形状。
具体的原理包括激光测距、角度测量、动态定位、数据采集和数据处理等环节。
激光扫描测绘技术的优势在于高精度、高效率和非接触性,适用于测量建筑物的平面图、立面图、剖面图等。
二、激光扫描测绘技术在建筑文物保护中的应用1. 建筑文物的三维模型重建激光扫描测绘技术可以通过对建筑文物进行全方位的扫描,生成高精度的三维模型。
这些模型能够准确地反映建筑物的几何形状和细节。
通过对模型的分析和比对,可以监测建筑物的变形和破坏情况,为保护措施的制定提供依据。
2. 建筑文物的材质分析除了几何形状的测量,激光扫描测绘技术还可以获取建筑物表面的颜色、纹理等信息。
这些信息可以用于建筑文物的材质分析。
通过分析建筑物的材质,可以确定其历史和建造年代,为文物保护工作提供重要参考。
3. 建筑文物的破损检测激光扫描测绘技术可以帮助检测建筑文物的破损情况。
通过扫描建筑物的表面,可以获取其精确的几何形状,并与原始设计进行比对。
这样就可以及时发现建筑物的破损部位,并采取相应的修复和保护措施,避免破坏的进一步扩大。
4. 建筑文物的历史记录和展示激光扫描测绘技术还可以将建筑文物的三维模型应用于历史记录和展示。
通过将建筑物的模型转化为虚拟现实场景,可以重建建筑物的历史和原貌。
这样不仅可以让人们更好地了解建筑文物的历史背景,也可以将文物保护工作的成果向公众展示。
三、1. 提前规划测绘任务在进行激光扫描测绘工作之前,首先需要明确测绘的范围和目标。
建筑文物保护中的测绘技术与案例分析
![建筑文物保护中的测绘技术与案例分析](https://img.taocdn.com/s3/m/ab6b76c8f80f76c66137ee06eff9aef8941e48a8.png)
建筑文物保护中的测绘技术与案例分析引言:建筑文物是一个国家的瑰宝,代表着历史的积淀和文化的传承。
然而,随着时间的推移,建筑物会面临种种挑战,包括自然灾害、人为破坏和老化等。
为了保护和修复建筑文物,测绘技术在建筑文物保护中起到了重要作用。
本文将探讨建筑文物保护中常用的测绘技术,并通过实际案例分析,说明这些技术的实际应用和效果。
一、激光扫描测绘技术激光扫描是一种非接触式测绘技术,能够快速、准确地获取建筑物的三维信息。
通过激光扫描,可以生成建筑物的数字模型,用于后期分析和修复。
例如,在故宫文物修复中,激光扫描技术被广泛应用,用于记录和保护故宫的建筑结构和细节。
通过激光扫描获得的数据,可以进行虚拟重建和数字化修复,最大限度地保留文物原貌。
二、无人机航拍测绘技术无人机航拍技术在建筑文物保护中发挥了重要作用。
传统的测绘方法需要手动上墙进行测量,费时费力。
而无人机航拍技术可以轻松获取建筑物的高清影像和视频,为后续的修复和保护工作提供了重要的参考。
例如,在北京的圆明园修复工作中,无人机航拍技术被广泛应用,为修复人员提供了准确的建筑物信息,提高了工作效率。
此外,无人机航拍还可以通过热成像技术检测建筑物的破损情况,为修复提供指导。
三、地面雷达技术地面雷达技术可以穿透地下,获取地下文物的信息。
在建筑文物保护中,地面雷达技术被广泛应用于寻找地下文物的位置和结构,例如古墓和地宫。
通过地面雷达,可以准确地确定文物的位置和规模,为后续的保护和修复工作提供数据支持。
例如,在秦始皇兵马俑的修复中,地面雷达技术被用于找寻尚未发掘的兵马俑的具体位置和排列方式。
四、红外测温技术红外测温技术是一种远程测温技术,可以通过测量红外辐射获取目标物体的表面温度分布。
在建筑文物保护中,红外测温技术可以用于检测建筑物表面的温度变化,提前发现潜在的损害。
例如,在故宫文物保护中,红外测温技术常被用于检测墙面和屋顶的温度分布,及时发现可能的裂缝和漏水问题,采取相应的保护措施。
测绘技术在文物保护和古建筑修复中的应用和激光扫描和三维重建技术的文物保护与修复
![测绘技术在文物保护和古建筑修复中的应用和激光扫描和三维重建技术的文物保护与修复](https://img.taocdn.com/s3/m/75a632beed3a87c24028915f804d2b160b4e86b6.png)
测绘技术在文物保护和古建筑修复中的应用和激光扫描和三维重建技术的文物保护与修复近年来,随着科技的不断发展,测绘技术在文物保护和古建筑修复中的应用逐渐受到重视。
尤其是激光扫描和三维重建技术的引入,为文物保护与修复工作提供了广阔的空间和更为精准的数据支持。
在进行文物保护和古建筑修复之前,必须首先进行准确的文物测绘。
传统的测绘方法通常需要人工费时费力地进行,而且在精度和稳定性上也存在一定的局限。
相比之下,激光扫描技术可以通过将目标物体置于激光射线下,利用激光束与物体表面发生反射的原理,快速捕捉物体表面的细节。
这种方法不仅大大提高了数据的准确性,而且能够处理复杂的物体形态,实现全局视图和局部细节的完美结合。
通过激光扫描获取的数据可以用于三维重建。
三维重建技术是将二维图像或激光扫描数据转化为三维模型的过程。
在文物保护和古建筑修复中,三维重建技术可以在不破坏原物的前提下,还原文物或古建筑的原貌,并为后续的修复工作提供可靠的依据。
例如,在修复一座古建筑时,可以先进行激光扫描和三维重建,获得完整的建筑模型。
然后,修缮人员可以在计算机软件上进行模拟修复,预先查看修复效果并确定修复方案,最大程度地减少了对原物的直接干预。
除了在文物保护和古建筑修复中的应用,激光扫描和三维重建技术还可以用于文物的数字化管理和展示。
在数字化管理方面,将文物进行激光扫描和三维重建后,可以将其建立起数字档案,方便后期的检索和研究。
在展示方面,借助虚拟现实技术,观众可以通过佩戴VR眼镜等设备来沉浸式地体验文物的魅力,感受到真实的历史风貌。
当然,激光扫描和三维重建技术在文物保护和古建筑修复中的应用也存在一些挑战和限制。
首先,这些高科技设备的成本较高,需要专业技术人员操作,这对于一些资源紧缺的地区来说可能是一个问题。
其次,文物的复杂形态和材质多样性也给数据的采集和处理带来了一定的困难。
对于一些微小而脆弱的文物,激光扫描可能无法达到理想效果,甚至可能对其造成损害。
激光扫描测绘技术在历史建筑保护中的应用案例
![激光扫描测绘技术在历史建筑保护中的应用案例](https://img.taocdn.com/s3/m/f59841062f3f5727a5e9856a561252d380eb20a9.png)
激光扫描测绘技术在历史建筑保护中的应用案例近年来,激光扫描测绘技术在历史建筑保护领域得到了广泛的应用。
这项技术通过非接触式高精度测量,可以快速、准确地获取历史建筑的三维几何信息,并帮助保护人员进行文物的保护、修复和重建工作。
以下将通过几个实际的应用案例,来探讨激光扫描测绘技术在历史建筑保护中的作用和价值。
第一个案例是激光扫描在修复古庙上的应用。
古庙作为我国传统文化的重要遗产,承载着历史的记忆和文化的传承。
然而,由于岁月的侵蚀和人为破坏,很多古庙的建筑结构已经严重受损,需要进行修复。
传统的修复工作往往需要测绘人员繁琐地手工测量建筑物的尺寸和形状,费时费力且不准确。
而采用激光扫描测绘技术后,只需使用激光扫描仪对古庙进行扫描,即可获取到包括墙体、柱子、梁等在内的详细三维模型。
这样的测绘结果可以快速精确地传输给修复人员,帮助他们进行修复设计和模拟实验,提高修复效果,减少时间和成本。
第二个案例是激光扫描在文物保护中的应用。
文物保护是历史建筑保护工作中至关重要的一环。
传统的文物保护工作往往局限于表面的保护和维护,无法深入了解文物内部的结构和状况。
而激光扫描测绘技术可以通过透射式扫描,获取文物内部结构的详细信息,有效地帮助保护人员进行内部损伤的检测和分析。
举个例子,一座古代佛塔因多年风吹雨淋,其内部的木结构已经有严重的腐朽和虫蛀问题。
传统的检测方法很难发现这些问题,而激光扫描测绘技术可以精确地捕捉到木结构的形状和变形,有效帮助保护人员找出问题所在并采取相应的修复措施。
第三个案例是激光扫描在历史建筑重建中的应用。
有些历史建筑由于战争、自然灾害或人为破坏已经损毁严重,无法进行修复,需要进行重建。
而激光扫描测绘技术可以通过大规模的扫描和数据处理,生成完整的建筑三维模型,为重建工作提供重要的参考和依据。
例如,一座古代宫殿在一次战争中被夷为平地,只剩下残破的石块和少量遗迹。
传统的重建方法需要依靠丰富的历史文献和图纸,但往往缺乏准确的信息。
激光扫描测绘技术在文物保护中的作用
![激光扫描测绘技术在文物保护中的作用](https://img.taocdn.com/s3/m/286f7d2758eef8c75fbfc77da26925c52cc59119.png)
激光扫描测绘技术在文物保护中的作用随着科技的发展和人们对文物保护的重视,激光扫描测绘技术在文物保护中的应用日益广泛。
这项技术通过高精度的激光扫描仪,能够精确地获取文物的三维数字化模型,为文物保护和修复提供了重要的辅助手段。
首先,激光扫描测绘技术能够高精度地记录文物的形态和细节。
传统的测量方法往往需要人工测量并绘制图纸,而且难以准确捕捉到文物的曲面和细微差异。
而激光扫描测绘技术通过扫描全息云点,可以快速而准确地获取文物的三维坐标,形成真实的数字模型。
这样的模型不仅可以帮助专业人员更好地了解文物的形态和结构,还可以成为修复和研究的重要参考。
其次,激光扫描测绘技术可以为文物修复提供精准的数据支持。
在文物修复过程中,往往需要进行精确的测量和模型重建。
传统的手工测量方法容易产生误差,而且难以准确复原文物原有的形态。
而激光扫描测绘技术可以精确地还原文物的形态和细节,为修复工作提供准确的数据基础。
修复人员可以根据激光扫描测绘生成的数字模型,进行精确的分析和模拟,从而更好地制定修复方案,使文物得到更好的保护。
此外,激光扫描测绘技术还可以用于古建筑的数字化保护。
古建筑作为文化遗产的重要组成部分,是人们认识历史和传承文化的重要载体。
然而,古建筑的保护和修复需要大量的人工和物力,而且往往难以还原古建筑原有的形态和结构。
激光扫描测绘技术可以快速而准确地获取古建筑的三维数字模型,为古建筑的保护和修复提供重要的参考。
专业人员可以根据激光扫描测绘生成的数字模型,进行虚拟修复和模拟分析,从而更好地制定保护方案,并帮助修复人员准确还原古建筑的原貌。
激光扫描测绘技术在文物保护中的应用还有很多潜力等待发掘。
目前,该技术已经被广泛应用于敦煌壁画保护、陶瓷文物修复、文物数字化档案等领域。
随着技术的进一步发展,激光扫描测绘技术将更加高精度、高效率地应用于文物保护当中。
总之,激光扫描测绘技术在文物保护中发挥着重要的作用。
它可以准确记录文物的形态和细节,为修复提供重要的数据支持,同时也为古建筑的保护和修复提供了新思路。
利用激光雷达技术制作古建筑立面图
![利用激光雷达技术制作古建筑立面图](https://img.taocdn.com/s3/m/6ae3e4ca6294dd88d0d26b54.png)
利用激光雷达技术提取古建筑的线性特征摘要:随着激光雷达技术的发展,激光雷达技术已经应用到了更广泛的领域。
本文主要介绍了利用激光雷达技术提取古建筑的线性特征的原理和方法。
运用激光扫描仪对古建筑物进行扫描,获取古建筑物表面的高清晰三维激光点云数据,然后利用三维点云数据和相应的建模软件制作出三角网模型和Nurbs模型,最后利用这两种模型来提取古建筑的线性特征。
古建筑的线性特征主要包括立面图、平面图和剖面图。
用三角网模型制作立面图;用三角网模型和Nurbs模型来制作平面图和剖面图。
应用激光雷达技术制作的各种线性图效率高、精度好、真实性强,在古建筑物的保护和重建中具有一定的应用价值。
关键字:激光雷达,古建筑,线性特征,立面图,平面图,剖面图Application of the 3D-laser Technology for Distilling the Linear Feature of Ancient ArchitectureAbstract:With the development of the 3D-laser technology, the technology has been applied in many aspects. The article introduces that using the technology of 3D-laser distill the linear feature of ancient architecture method. By scanning the ancient buildings with three-dimension laser scanner, we could get high precise 3D cloud-point data which is the surface of the ancient architectures,then, using the 3D cloud-point data and modeling software make Tin-Model and Nurbs-Model which can be used to pick-up the line detection of ancient .The line detection of the ancient includes elevation , plan and section map. Using Tin-Model makes the elevation ; Using Tin-Model and NURBS-Model make the plan and section map. Line detection using 3D-laser technology have some characters, such as high efficiency , good precision , strong reality , and have some application worthiness in the ancient architecture protection and reestablish .Keywords: 3D-laser,ancient, linear feature,elevation,plan,section map引言随着数字城市建设的起步,建筑物立面测绘已得到越来越广泛的应用。
测绘技术在文物保护和修复中的应用
![测绘技术在文物保护和修复中的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/4166185224c52cc58bd63186bceb19e8b8f6ec06.png)
测绘技术在文物保护和修复中的应用随着人们对文化遗产意识的不断增强和对历史文化价值的深入认识,文物保护和修复成为了我们社会发展的重要课题。
测绘技术作为一项重要的技术手段,已经广泛应用于文物保护和修复领域。
本文将探讨测绘技术在文物保护和修复中的应用,并分析其优势和挑战。
一、测绘技术在文物保护中的应用测绘技术在文物保护中的应用主要体现在文物勘探和监测、文物保护规划和设计、文物展示和传播三个方面。
首先,测绘技术在文物勘探和监测中的应用十分广泛。
通过使用激光雷达等测绘设备,可以对文物进行三维扫描和建模,获取文物的准确尺寸和形状信息,帮助文物保护专家进行精确的勘探和监测工作。
这使得文物保护人员能够更好地理解文物的构造和特征,发现潜在的破损和老化问题,并采取相应的保护措施。
其次,测绘技术在文物保护规划和设计中的应用也非常重要。
通过使用全息投影和虚拟现实技术,可以对文物进行数字化重建和模拟展示,为文物保护和修复工作提供有力的参考依据。
同时,测绘技术还可以提供精确的地理信息和环境参数,帮助文物保护专家进行文物保护规划和设计,确保文物的保护工作能够更加有序和有效进行。
最后,测绘技术在文物展示和传播中的应用也不容忽视。
通过使用数字化技术,可以将文物的复杂和繁琐的信息以更加简洁和直观的方式展示给观众。
例如,通过使用虚拟现实技术,观众可以像身临其境般直接观看文物的展示,更好地了解其历史和文化内涵。
而且,通过将文物的数字化信息共享到互联网上,不仅可以方便观众在线浏览和学习,还可以促进国际间的文化交流和合作。
二、测绘技术在文物修复中的应用测绘技术在文物修复中的应用主要体现在文物损伤评估和修复监测两个方面。
首先,测绘技术在文物损伤评估中的应用可以帮助文物修复专家更全面地了解文物的破损情况和原因。
通过使用红外扫描、多光谱成像和地形测量等技术,可以对文物的毁损程度和发展趋势进行准确评估。
这对于决定修复策略和技术选择具有重要意义。
同时,测绘技术还可以提供现场勘测数据,并与历史档案和文物数据库相结合,帮助修复专家进行准确的文物修复计划。
现代测试技术在古建筑保护中的应用
![现代测试技术在古建筑保护中的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/7a10100f4a7302768e9939ec.png)
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图 6 建筑物裂缝分布图
其进行了动态监测 。 2. 用于裂缝开展监测的设备 用于监测裂缝和计量声波振动的测量系统 (图
7Байду номын сангаас , 包含 4 个压电传感器 ( PZT) , 其测量频率的范围 为 100KHz 至 300KHz 。用装有预放大器的 4 个控制盘 来测量信号 , 一个具有频带过滤器 , 一个测量界限
图 7 砌体内墙上的 1 号裂缝和 2 号裂缝 , 监测 裂缝的 PZT 传感器和发射测量设备
图 11 2 号裂缝的监测结果
图 8 1 号裂缝的监测过程
图 12 气候模拟的双气候室布置
图 9 1 号裂缝的监测结果 图 10 2 号裂缝的监测过程
图 13 室外气温 、露点温度和相对湿度的控制曲线
4. 圣殿的楼盖体系 圣殿的楼盖体系的成像见图 4 。图像显示该楼盖 约为 50cm , 为一多孔结构 , 它是由筒形拱支撑的 。 扫描教堂中心走廊的横切面图显示了来自支撑主楼盖 的筒形拱的反射波 。沿着这一横切面长度方向在楼板 内的反射波并不是连续的 , 这表明楼盖结构可能是多 孔的 , 或按规则的距离设有金属构件 。
激光雷达在文物保护中的应用方案
![激光雷达在文物保护中的应用方案](https://img.taocdn.com/s3/m/06bc4819ac02de80d4d8d15abe23482fb5da026e.png)
激光雷达在文物保护中的应用方案文物是一个国家文化的瑰宝,代表着一个国家的历史和文化传承。
然而,由于文物的特殊性和易受破坏性,其保护和修复工作变得尤为重要。
而激光雷达技术正日益在文物保护中发挥重要作用。
本文将探讨激光雷达在文物保护中的应用方案。
一、激光雷达在文物建筑保护中的应用在文物建筑保护中,激光雷达可以进行精确的三维测量和建模。
传统的建筑测量方法往往需要大量人力和时间,而且存在一定的误差。
而激光雷达可以通过高速扫描仪,快速获取建筑物的三维数据,无论是外观还是内部结构,都可以得到精确的测量结果。
这对于文物建筑的修复和保护工作非常重要。
二、激光雷达在文物藏品保护中的应用在文物藏品保护中,激光雷达可以对文物进行非接触式的测量和分析。
传统的文物保护方法需要进行接触式的测量,而这可能对文物产生磨损和损坏。
而激光雷达可以通过激光束扫描文物的表面,获取详细的三维图像,而不会对文物造成任何伤害。
这对于珍贵文物的保护非常有意义。
三、激光雷达在文物考古发掘中的应用在文物考古发掘中,激光雷达可以帮助考古学家进行地形和地貌的测量。
传统的考古发掘工作需要人力和时间,而且有时候地貌的特殊性可能导致一些遗迹被忽略。
而激光雷达可以通过扫描整个区域,获取准确的地貌数据,并且可以识别出一些隐藏在地表下的遗迹,帮助考古学家更好地进行发掘工作。
四、激光雷达在文物保护中的挑战与展望激光雷达在文物保护方面的应用带来了很多便利,但也面临一些挑战。
首先是技术成本的问题,激光雷达设备价格昂贵,对于一些经济条件较差的文物保护机构来说可能承担不起。
其次是操作技术的问题,激光雷达的使用需要专业人员进行操作和解读数据,这对于文物保护机构来说也是一个挑战。
然而,随着技术的发展,激光雷达的成本逐渐降低,操作技术也在不断改进。
未来,激光雷达在文物保护中的应用将更加广泛。
它将成为文物保护的重要工具,帮助文物保护机构更好地进行建筑保护、藏品保护和考古发掘工作。
浅谈地面激光雷达测绘技术在古建筑保护的应用
![浅谈地面激光雷达测绘技术在古建筑保护的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/4db2347a561252d380eb6e69.png)
浅谈地面激光雷达测绘技术在古建筑保护的应用摘要:地面激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘手段,采用非接触式高速激光测量方式,以点云的形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据。
系统主要包括激光测距系统和激光扫描系统,同时也集成CCD 数字摄影和仪器内部校正等系统。
本文针对其工作原理、作业流程以及古建筑保护应用等方面进行探讨。
关键词:地面激光雷达作业流程点云数据处理古建筑保护1 地面激光雷达测绘的工作原理地面激光雷达测绘的工作原理:扫描仪对目标发射激光,根据激光发射和接收的时间差,计算出相应被测点与扫描仪的距离,再跟据水平向和垂直向的步进角距值,即可实时计算出被测点的三维坐标,并将其送入存储设备予以记录储存,经过相应软件的简单处理,即可提供被测对象的三维几何模型。
主要步骤为:(1)采用激光测距方式逐点获得仪器中心至目标的斜距;(2)仪器自动读取每一点的水平角和垂直角;(3)求得每一个目标的三维坐标;(4)利用激光发反射强度获得每一个目标的反射率;(5)利用内嵌CCD视频头,得到每一个目标的光谱值(RGB)。
图1地面激光雷达的测量原理2 三维激光扫描测量的基本流程1.1作业面的划分对于大尺度、多角度的目标点云获取,好的划分不仅可以提高作业效率,还能科学地减少设站次数,进而减少配准次数,降低点云数据的整体误差。
可以直接用地面三维激光扫描仪对目标进行低分辨率的快速扫描所获取反映目标的草图作为划分依据。
1.2扫描设站位置的选择由于受仪器测程限制,如果布设的距离太近,测站次数增加使得配准次数增加,配准误差的传递影响整体几何精度,同时影响作业效率;如果布设的距离太远,每个靶标的精度下降,也会影响配准精度。
为了既不影响点云精度,又最大限度提高作业效率,可以选择扫描仪的最佳扫描距离作为参考进行设站。
1.3靶标的布设靶标的布设应结合实际扫描目标的空间分布情况。
对于小尺度小范围目标,要保证靶标均匀分布在目标周围,使配准误差得到控制;对于大尺度大范围目标,应根据划分的作业面进行布设,保证作业面之间的有效拼接。
测绘技术在古建筑保护中的应用
![测绘技术在古建筑保护中的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/633e173bf342336c1eb91a37f111f18583d00c0f.png)
测绘技术在古建筑保护中的应用古建筑是一座城市历史文化的重要组成部分,也是人们了解历史的窗口。
然而,古建筑的传统保护方式存在一些局限性,如无法实时监测、缺乏精确测量等。
随着科技的不断进步,测绘技术的应用为古建筑保护带来了新的突破。
本文将探讨测绘技术在古建筑保护中的应用,并介绍其在保护方面的优势与作用。
一、三维扫描技术的应用三维扫描技术是测绘技术在古建筑保护中的一项重要应用。
通过使用激光扫描仪或摄影测量仪,可以对古建筑的外观进行全面、精确的测量和记录。
这种技术能够快速获得建筑物的几何数据,并生成真实的三维模型。
通过对这些模型的分析和比对,我们可以准确地了解古建筑的形态、结构等特征,从而为保护和修复工作提供可靠的依据。
二、地理信息系统的应用地理信息系统(GIS)是一种集成了地理空间数据和属性数据,并利用计算机技术进行管理和分析的系统。
在古建筑保护中,GIS可以用于记录和管理大量的古建筑信息,包括建筑的年代、历史背景、文化价值等。
通过GIS系统,我们可以直观地了解古建筑的分布情况,有助于合理规划保护区域。
同时,GIS还可以与其他地理信息进行关联,如土地利用、地形地貌等,为保护工作提供综合参考依据。
三、无人机遥感技术的应用无人机遥感技术是近年来古建筑保护中的新兴应用。
通过搭载相机或其他传感器的无人机,可以对古建筑进行高清晰度照片和视频的拍摄。
这种技术具有高效、灵活和低成本的特点,可以从不同角度和高度对古建筑进行全面的监测和记录。
通过不同时间段的遥感数据对比,我们可以了解古建筑的变化情况,及时发现可能存在的问题,并采取相应的措施进行保护。
四、虚拟现实技术的应用虚拟现实技术是利用计算机图形和模拟技术,通过头戴式显示装置等设备为用户创造一种沉浸式的虚拟环境。
在古建筑保护中,虚拟现实技术可以将古建筑的模型进行三维呈现,让人们身临其境地感受古建筑的魅力。
同时,虚拟现实技术还可以模拟不同的景观和环境条件,帮助研究人员预测古建筑在不同情况下的耐久性,并优化保护方案。
测绘技术在古建筑保护中的重要应用方法
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测绘技术在古建筑保护中的重要应用方法古建筑是一个国家文化遗产的重要组成部分,它们承载着历史的记忆和人们的情感。
为了保护和传承这些宝贵的文化遗产,测绘技术在古建筑保护中发挥着重要的作用。
本文将探讨测绘技术在古建筑保护中的重要应用方法。
首先,测绘技术在古建筑保护中的一个重要应用是精确的三维建模。
通过激光扫描、摄影测量等技术手段,测绘师可以将古建筑的外形、内部结构以及周边环境等进行高精度的测量和建模。
这些三维模型可以为古建筑的修复和保护提供重要的参考依据。
例如,在进行古建筑的修复工作时,可以先对其进行三维建模,以帮助修复人员了解古建筑的实际情况,避免因修复工作不精准而对古建筑造成进一步破坏。
其次,测绘技术还可以辅助进行文物保护单位的标定和定位。
在古建筑保护中,文物保护单位的标定和定位是一项关键任务。
通过测绘技术,可以准确地确定文物保护单位的位置、大小和形状等。
这对于确保文物保护单位的完整性和安全性具有重要意义。
例如,在进行文物保护单位的勘察工作时,测绘师可以使用全站仪等测量仪器,对文物保护单位的各个方面进行详细测量,并将其转化为数字化的数据,以便进一步分析和研究。
此外,测绘技术还可以用于古建筑的变形监测。
在古建筑中,由于年代久远、环境变化等原因,往往会出现一些变形现象。
这些变形现象对古建筑的结构和安全性都会产生一定的影响。
通过测绘技术,可以监测和记录这些变形现象,及时发现问题并采取相应的措施。
例如,通过使用高精度的测量仪器,可以对古建筑的墙体、柱子等结构进行定期测量,以监测其是否发生了倾斜、开裂等变形现象。
最后,测绘技术还可以用于古建筑的数字化档案建设。
古建筑的保护工作需要大量的文献资料和图纸参考,而这些资料往往是零散的、不完整的。
通过测绘技术,可以对古建筑进行全面而系统的测量和记录,并将其转化为数字化的档案。
这样一来,不仅可以更方便地保存和管理这些资料,还可以为后续的研究和保护工作提供重要的数据支持。
激光测绘技术在历史文化遗产保护中的应用案例
![激光测绘技术在历史文化遗产保护中的应用案例](https://img.taocdn.com/s3/m/ab4b0425640e52ea551810a6f524ccbff121ca16.png)
激光测绘技术在历史文化遗产保护中的应用案例随着科技的不断发展,激光测绘技术在众多领域中得到了广泛应用,其中之一就是在历史文化遗产保护中的应用。
激光测绘技术,作为一种高精度、非接触式的测量方法,为保护历史文化遗产提供了强大的工具和手段。
本文将以几个具体的案例来探讨激光测绘技术在历史文化遗产保护中的应用。
首先,让我们来看看激光测绘技术在古建筑保护中的应用。
古建筑作为历史文化遗产的重要组成部分,其保护至关重要。
然而,由于古建筑多为复杂的结构,传统的测量方法常常难以准确获取其精细的几何信息。
激光测绘技术的出现改变了这一情况。
通过激光测绘仪器,可以在短时间内快速获取古建筑的三维坐标和形状信息,包括危险部位的形态、尺寸和变形情况等。
这为古建筑的保护工作提供了重要的依据。
例如,在对中国文化遗产——故宫进行保护修缮时,激光测绘技术被广泛应用。
通过激光扫描仪的测量,可以获取故宫建筑的高精度三维模型,为修缮工作提供了准确的基础数据,确保了修缮工作的质量和准确性。
其次,激光测绘技术在文物保护中也发挥着重要作用。
文物作为历史的见证,承载着珍贵的文化价值。
然而,由于文物的特殊性和脆弱性,传统的测量方法常常无法完整准确地记录文物的形态和细节。
激光测绘技术通过非接触式的测量方式,可以避免对文物的直接接触,从而最大程度地保护文物的完整性和安全性。
例如,在对埃及金字塔的保护中,激光测绘技术被广泛应用。
激光扫描仪可以快速获取金字塔表面的三维坐标信息,并生成详细的数字模型。
通过分析和比对数字模型,可以了解到金字塔的变化情况和开裂等缺陷,为保护工作提供了依据。
此外,激光测绘技术还在文化遗址保护中产生了积极的应用。
文化遗址作为历史遗迹的重要组成部分,承载着丰富的文化信息。
然而,传统的测量方法在文化遗址保护中存在一定的局限性,无法完整准确地记录文化遗址的复杂性和多样性。
激光测绘技术通过其高精度和全面性的测量能力,为文化遗址的保护和研究提供了重要的数据支持。
古建筑保护中的测绘技术应用案例
![古建筑保护中的测绘技术应用案例](https://img.taocdn.com/s3/m/dfe5213ba7c30c22590102020740be1e640ecc64.png)
古建筑保护中的测绘技术应用案例古建筑是一座城市的重要文化遗产,承载着历史的沉淀和传统的记忆。
然而,随着时代的变迁和城市的发展,古建筑面临着严重的破坏和衰老。
为了保护这些宝贵的文化遗产,测绘技术被广泛应用于古建筑的保护与修复工作中。
下面以几个实际案例为例,介绍古建筑保护中的测绘技术应用。
案例一:故宫博物院作为中国最著名的古建筑群之一,故宫博物院位于北京市中心,是明清两代的皇宫。
由于历史的原因和自然环境的影响,故宫内的古建筑出现了不同程度的损坏和变形。
为了保护和修复这些宝贵的文化遗产,大量的测绘工作被开展。
首先,为了了解古建筑的真实状态,采用了激光扫描技术。
通过激光扫描仪对故宫内的古建筑进行扫描,可以精确地获取建筑的三维坐标和形状信息。
这些数据可以用来重建建筑的模型,以便进行后续的修复和保护工作。
其次,通过无人机航拍技术获取的高分辨率影像可以提供建筑立面的详细纹理信息。
这些影像可以用来还原古建筑原有的颜色和装饰,使修复后的古建筑更加真实和精细。
此外,地理信息系统(GIS)技术的应用也对古建筑保护起到了重要的作用。
通过将古建筑的三维模型与空间数据进行关联,可以更好地进行古建筑的管理和保护。
例如,可以将建筑的年代、历史背景、文物分布等信息与三维模型相结合,为游客提供更加全面和深入的导览服务。
案例二:承德避暑山庄承德避暑山庄位于河北省承德市,是清代皇家园林,也是中国最大的皇家园林。
由于长期的自然侵蚀和人为破坏,避暑山庄的许多建筑物出现了严重的损坏。
为了保护和修复这些古建筑,测绘技术被广泛应用。
首先,为了了解建筑物的实际情况,采用了激光测距仪等现代测量仪器对建筑物进行实地测量。
通过测量建筑物的尺寸和位置,可以更准确地进行修复和复原工作,使古建筑回到原有的风貌。
其次,应用多光谱遥感技术对避暑山庄周围的植被和土地利用进行分析,以便制定合理的保护策略。
比如,通过遥感影像可以发现植被覆盖率过低的区域,及时采取措施进行绿化,保护避暑山庄的生态环境。
测绘技术在文物保护中的作用和意义
![测绘技术在文物保护中的作用和意义](https://img.taocdn.com/s3/m/5f699323974bcf84b9d528ea81c758f5f61f290e.png)
测绘技术在文物保护中的作用和意义引言:文物是一个国家的历史和文化遗产,其保护对于维护国家的文化自信和社会的文明进步至关重要。
而测绘技术在文物保护中扮演着重要的角色,它通过精确的测量和绘制,为文物的保护、修复和传承提供了强有力的支撑。
本文将从测绘技术在文物保护中的应用实例、技术手段以及对文物保护的意义等方面进行探讨,希望能够展现出测绘技术在文物保护中的重要作用。
第一部分:测绘技术在文物保护中的应用实例1. 应用实例一:文物遗址的三维测绘通过激光雷达和无人机等先进设备,可以对文物遗址进行高精度的三维测绘。
这种测绘技术不仅可以实现对遗址的形状、大小和位置等基本信息的记录,还可以实现对细节特征的捕捉,从而为文物的保护提供了全面而精确的数据支持。
例如,在敦煌莫高窟的保护工作中,三维测绘技术被广泛应用,成功地记录了莫高窟内部的所有细节,为文物的修复和研究提供了重要依据。
2. 应用实例二:文物建筑的结构测绘文物建筑作为文物保护的重要组成部分,其保护和修复需要对其结构进行详细的了解。
而测绘技术可以通过对文物建筑进行结构测绘,获取其精确的结构参数,为文物的保护和修复提供科学依据。
例如,在故宫城墙的修复过程中,通过激光扫描和数字摄影等技术手段,对城墙的结构进行了详细的测绘,为后续的修复工作提供了准确的基础数据。
第二部分:测绘技术在文物保护中的技术手段1. 光学测绘技术光学测绘技术利用光的传播和反射原理,通过光学仪器对文物进行测量和记录。
其中,激光扫描和数字摄影是光学测绘技术的两个重要组成部分。
激光扫描技术可以通过激光束的扫描,获取文物表面的三维坐标数据,从而实现对文物形状和细节的测量;数字摄影技术则可以通过数码相机对文物进行拍摄,并通过计算机处理获取文物的图像信息。
2. 遥感测绘技术遥感测绘技术利用卫星、飞机等遥感设备,获取文物的相关信息。
遥感技术可以通过红外遥感、高光谱遥感等手段,获取文物的多源信息,包括文物的表面形貌、破损程度等。
地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究
![地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究](https://img.taocdn.com/s3/m/eb6e84307ed5360cba1aa8114431b90d6d858940.png)
地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究引言:古建筑作为文化遗产的重要组成部分,承载着历史的沉淀和人类智慧的结晶。
然而,古建筑的保存和修复常常面临着许多困难,如缺乏准确的测量数据等。
传统的测绘方法存在着测量精度低、工作量大等问题,难以满足古建筑测绘的需求。
而地面三维激光扫描技术的出现,为古建筑的测绘和保护提供了新的思路和方法。
一、地面三维激光扫描技术的原理地面三维激光扫描技术是利用激光器向周围发射脉冲激光束,通过接收反射回来的激光束并测量时间延迟来计算物体与激光器之间的距离,从而获取物体表面的三维坐标信息。
该技术应用了光电子技术、计算机图形处理、空间几何等多个领域的知识,具有高精度、高效率、非接触等优点,尤其适用于古建筑这样复杂多变的场景。
二、地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用1. 测量古建筑的几何形状和结构使用地面三维激光扫描技术可以快速、准确地获取古建筑的几何形状和结构信息。
传统的测绘方法需要人工测量并进行复杂的计算,而且仅能获得建筑物的一个侧面或单个平面的信息。
而地面三维激光扫描则可以一次性扫描建筑物的多个侧面,获取全方位的建筑信息。
通过对测量数据的处理和分析,可以还原出古建筑的三维模型,为后续的研究和保护工作提供基础数据。
2. 分析古建筑的损伤和病害古建筑常常伴随着各种损伤和病害,如开裂、剥落、腐朽等。
通过地面三维激光扫描技术可以对古建筑的表面进行高精度的测量,进一步分析其损伤和病害情况。
通过将多次扫描的数据进行比对和分析,可以检测出建筑物的微小变形和细微损伤,提前发现并采取针对性的修复措施。
3. 指导古建筑的保护和修复地面三维激光扫描技术可以帮助制定科学合理的古建筑保护和修复方案。
通过对古建筑的测量和分析,可以找出建筑物的结构薄弱点、历史沉积和误修问题,为保护和修复工程提供依据。
同时,将扫描数据与CAD软件相结合,可以进行虚拟还原,提供修复方案的可视化效果,方便决策者和修缮人员的沟通与交流。
测绘技术在古建筑保护中的应用与方法
![测绘技术在古建筑保护中的应用与方法](https://img.taocdn.com/s3/m/5e56f946a36925c52cc58bd63186bceb18e8ed75.png)
测绘技术在古建筑保护中的应用与方法古建筑作为人类的文化遗产,承载着历史、文化和艺术的丰富内涵,对于保护和传承这些珍贵财富而言,测绘技术起到了至关重要的作用。
测绘技术的应用可以帮助我们准确地记录古建筑的形态和构造,为修复和保护提供可靠的依据。
本文将探讨测绘技术在古建筑保护中的应用与方法。
一、三维激光扫描技术三维激光扫描技术通过激光束的扫描,可以获取古建筑立面和内部空间的精确数据。
这种技术可以快速、非接触地获取大量点云数据,生成高精度的三维模型。
借助这些模型,古建筑的损坏部位能够清晰准确地被识别,为修复工作提供了重要的参考依据。
同时,三维激光扫描技术还可以用于古建筑的数字化展示,实现虚拟游览和再现,提高公众对古建筑的了解和参观体验。
二、无人机测绘技术无人机测绘技术结合了航空摄影测量和地面测量的优势,可以高效地获取大范围、高精度的古建筑影像和地理信息。
通过搭载航空相机,无人机可以在较低高度自由飞行,获取建筑物的全景图像。
借助无人机的高分辨率摄影系统,古建筑的细节可以被清晰地呈现出来,为后续的测量和分析工作提供便利。
此外,无人机还可以通过建筑物的热红外辐射分析,及时发现建筑物的隐患和损伤,提高古建筑的安全保护水平。
三、卫星测绘技术卫星测绘技术是利用航天卫星进行地面观测和测量,获取地理信息数据的技术。
对于大范围的古建筑群或复杂的地理环境,卫星测绘技术具有优势。
通过卫星影像数据的获取和处理,可以全方位地了解古建筑所处的环境条件,为保护工作提供科学依据。
此外,卫星测绘技术还可以用于监测古建筑的变形和位移情况,预警潜在的工程灾害风险,为古建筑的维修和保护提供预防性措施。
四、高精度测量仪器高精度测量仪器是古建筑测绘工程中不可或缺的工具。
比如全站仪、电子经纬仪等,它们可以对古建筑进行精确的测量和定位。
通过使用这些仪器,可以获取古建筑的几何形态和尺寸,为修复和保护工作提供准确的数据支持。
此外,高精度测量仪器还可以用于测量古建筑的墙壁厚度、裂缝变形等重要参数,为工程师提供宝贵的参考依据。
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浅谈地面激光雷达测绘技术在古建筑保护的应用摘要:地面激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘手段,采用非接触式高速激光测量方式,以点云的形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据。
系统主要包括激光测距系统和激光扫描系统,同时也集成ccd 数字摄影和仪器内部校正等系统。
本文针对其工作原理、作业流程以及古建筑保护应用等方面进行探讨。
关键词:地面激光雷达作业流程点云数据处理古建筑保护中图分类号:tn95文献标识码: a 文章编号:
1 地面激光雷达测绘的工作原理
地面激光雷达测绘的工作原理:扫描仪对目标发射激光,根据激光发射和接收的时间差,计算出相应被测点与扫描仪的距离,再跟据水平向和垂直向的步进角距值,即可实时计算出被测点的三维坐标,并将其送入存储设备予以记录储存,经过相应软件的简单处理,即可提供被测对象的三维几何模型。
主要步骤为:(1)采用激光测距方式逐点获得仪器中心至目标的斜距;
(2)仪器自动读取每一点的水平角和垂直角;
(3)求得每一个目标的三维坐标;
(4)利用激光发反射强度获得每一个目标的反射率;
(5)利用内嵌ccd视频头,得到每一个目标的光谱值(rgb)。
图1地面激光雷达的测量原理
2 三维激光扫描测量的基本流程
1.1作业面的划分
对于大尺度、多角度的目标点云获取,好的划分不仅可以提高作业效率,还能科学地减少设站次数,进而减少配准次数,降低点云数据的整体误差。
可以直接用地面三维激光扫描仪对目标进行低分辨率的快速扫描所获取反映目标的草图作为划分依据。
1.2扫描设站位置的选择
由于受仪器测程限制,如果布设的距离太近,测站次数增加使得配准次数增加,配准误差的传递影响整体几何精度,同时影响作业效率;如果布设的距离太远,每个靶标的精度下降,也会影响配准精度。
为了既不影响点云精度,又最大限度提高作业效率,可以选择扫描仪的最佳扫描距离作为参考进行设站。
1.3靶标的布设
靶标的布设应结合实际扫描目标的空间分布情况。
对于小尺度小范围目标,要保证靶标均匀分布在目标周围,使配准误差得到控制;对于大尺度大范围目标,应根据划分的作业面进行布设,保证作业面之间的有效拼接。
1.4扫描参数设定
扫描参数包括扫描距离、扫描的水平和垂直间隔、重复采样次数等。
3 点云数据处理方法
激光雷达扫描测量得到的为点云数据。
点云是在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面光谱特性的海量点集合。
激光雷
达技术结合了激光测量和摄影测量的技术特点,得到的点云信息包括三维坐标(xyz)、激光反射强度(itensity)和颜色信息(rgb)。
对点云数据作进一步处理,还可以得到点云的法向量。
点云具备以下特点:
可量测性:可以直接在点云上获取三维坐标、距离、方位角、表面方向量,还可以进一步计算得到点云所表达目标的表面积、体积等;
光谱性:具有8bit甚至更高的激光强度量化等级和24位真彩色信息;
不规则:点云按照水平和垂直方向等角度间隔步进采样,扫描角越大,点间隔也越大,再加上各种偶然误差的影响,点云的空间分布并不规则;
高密度:由于激光雷达扫描仪的角分辨率可以达到秒级,对应得到的点云的点位间隔非常小,对于地面激光雷达可达到毫米级,对于机载激光雷达可以小于1m。
激光雷达扫描得到的点云数据往往具有数据量庞大的特点,而且在数据采集过程中不可避免的会有噪声的存在,为了提高后期点云建模处理效率以及精度,往往需要对点云进行预处理操作,如点云数据的配准、点云滤波、点云数据分割、点云特征提取、点云数据压缩等。
3.1 点云数据的配准
地面激光雷达的信息采集一方面存在前景遮挡后景的情况,另
一方面要获取某对象的三维模型,往往需要环绕该对象设置多站,获取其不同视角下的点云数据。
地面激光雷达直接输出的数据信息是基于该摄站坐标体系的局部坐标数据,为获得研究对象的整体三维模型,不同视角获取的点云数据必须借助于重叠信息融为一体,即将不同摄站的点云数据归并到某一个摄站坐标系中去,这个过程称为点云数据配准或点云拼接。
点云的配准是地面激光雷达所特有的,对于机载激光雷达类,所有的扫描数据都是基于pos系统的wgs84坐标系下,无需进行点云的配准。
点云配准是将两个或两个以上坐标系中的三维点云数据转换到统一坐标系统中的数学计算过程。
若表示一个自由坐标系下的点云坐标,表示点在绝对坐标系中的坐标,则点云配准问题的输入就是一个共轭对组:,...,,则配准模型为
(3.1)
其中12个未知参数中有9个是旋转矩阵参数,3个是平移参数.每个共轭对对应有三个等式,则至少需要四个共轭观测值产生12个方程才能解出12个未知数。
解求12个未知参数的方法主要方法有六参数法、四元数法和icp法。
点云的配准一般都是基于事先布设的标靶来实现,在无法布设标靶的情况下,也可以直接利用点云本身进行配准(icp方法)。
图2 配准中的坐标转换
3.2点云数据的滤波
激光信号在获取目标表面几何和光谱信息的过程中,由于受到
大气和目标表面因素的影响,会不可避免地产生噪声,对点云数据的分割、识别和建模都会产生不利影响,因此需要在进一步处理前先进行点云数据滤波。
点云的滤波方法分为线性滤波和非线性滤波方法。
线性滤波方法主要有邻域平均法、k-近邻点拟和曲面滤波,线性预测法滤波和三角网迭代滤波等。
非线性滤波方法主要有中值滤波、lee自适应滤波、数学形态滤波、各向异性扩散滤波等方法。
相比于线性方法,非线性滤波方法能在消除噪声的同时,保持边缘等细节特征
3.3 点云数据的分割
点云分割的目的是从点云数据中获取更高层次的信息,是进一步有针对性的三维重建的基础。
点云分割的主要方法有:模式识别方法、边缘检测方法、基于邻接图的方法和区域生长法。
3.4 点云压缩
点云的数据量往往非常大,过多的数据点会导致计算机运行、存储和操作的低效率,生成曲面模型需要消耗更多的时间,并且过于密集的点云会影响重构曲面的光顺性。
因此,在保持被测物体几何特征的前提下,根据物体的曲率特征对测量数据进行精简,可以提高点云建模的效率和精度。
3.5点云建模
点云数据的建模分为点云的几何建模和纹理建模。
几何建模是根据密集点云恢复成扫描目标的几何形状,主要有参数曲面建模方法和不规则三角网建模。
纹理建模是建立的几何模型赋予真实纹
理,主要通过影像的畸变纠正、影像与点云的配准、和纹理映射实现。
(1)参数曲面建模:工程实际中原型往往不是由一张简单曲面构成,而是由大量初等解析曲面(如平面、球面、圆柱面、圆锥面等)及部分自由曲面组成,故三维实体重构的首要任务是将测量数据按实物原型的几何特征进行分割成不同的数据块,使得位于同一数据块内的数据点可以一张特定的曲面来表示,然后针对不同数据块采用不同的曲面建构方案(如初等解析曲面、b-spline 曲面、bezier曲面、nurbs 曲面等)进行曲面重建,最后将这些曲面块拼接成实体。
在三维空间中,平面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面等初等曲面均可表达为一般式:
(3.2)
然后通过线性或者非线性最小二乘法直接拟合得到曲面参数。
(2)不规则三角网建模:点云的不规则三角网的构造方法分为2d空间三角化和3d空间三角化。
2d空间三角化的重建方法是delaunay 三角化。
3d 空间的三角化也叫做四面体化。
四面体实质是2d三角形网数据结构在三维空间上的扩展。
delaunay四面体的准则是:任何一个delaunay四面体的外接球的内部不能包含其它任何点。
4 古建筑保护
古建筑保护因为需要真三维影像、可量测性、不可接触性等专
业的特殊性,在建立三维图件档案、古建筑移建、异地复制等工作上,采用常规测绘手段实现较困难,但是采用地面激光雷达测绘手段就变得游刃有余。
5 结束语
地面激光雷达采用非接触式高速激光测量方式,以点云的形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据。
作业速度快,视场角较大,全方位扫描,作业效率高,对于古建筑保护工作是一种值得推广的测绘手段。
注:文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。