空地一体多源数据联合建模，助力历史建筑三维实景档案建设

引 言

为贯彻落实住房和城乡建设部《关于请报送历史建筑测绘建档三年行动计划和规范历史建筑测绘建档成果要求的函》（建科保函〔2019〕202号）要求，丹阳市加快推进已确定历史建筑的测绘建档工作。在对历史建筑测绘中综合运用三维激光扫描技术、地面近景摄影测量技术、无人机倾斜摄影测量技术，精细融合，取长补短，实现对历史建筑的真实场景及纹理信息的数字化保存。

空地一体多源数据联合建模

在历史建筑建档测绘相关项目中，地面三维激光扫描技术能为历史建筑的监测、保护及恢复重建提供高精度的数据基础，能大大提高建模精度和效率，但受制于历史建筑的特殊性及其周边环境的复杂性，无法在兼顾安全与保护的情况下，全面、彻底的获取历史建筑全方位的数据；无人机倾斜摄影测量技术可从多个角度测量，更加真实地反映地物的实际情况，同时大幅提高建模效率，但拍摄过程中存在较多视角盲区，受图像分辨率约束，模型精度较低；地面近景摄影测量技术拍摄角度灵活，视角盲区少，但受图像采集限制，无法快速完整地重建历史建筑。

单一技术的建模方法难以一次性全方位获取历史建筑的电子档案，借助空地一体多源数据联合建模技术，可实现技术优势互补，提高模型的完整性和精确性。空地一体多源数据联合建模技术的主要技术流程如图1所示，分别获取地面三维激光扫描点云、地面近景摄影测量影像、无人机倾斜摄影测量影像，并进行预处理，随后联合进行空三测量，并制作模型。

图1 技术流程图

01

地面三维激光扫描

三维激光扫描（3d Laser Scanner）技术，可以将珍贵古建筑的几何、颜色、纹理等信息记录下来，构建虚拟的三维模型。激光三维扫描技术获取数据快速、精确、详细的优势为古建筑测绘提供了革命性的新途径。详细的勘察考古现场环境，适宜的布设三维激光扫描站点，高精度的配准数据，对得到的点云数据进行点云抽稀、噪声去除及模型修饰，以此得到高分辨率高精度的三维激光模型，为历史建筑的测绘与重建提供数据支持。

图2 地面三维激光扫描流程

02

UAV倾斜摄影测量

无人机倾斜摄影（UAV Oblique Photography）能够高效率、高精度地进行真实地物全方位建模，全面客观地获取历史建筑的真实情况，逐渐成为历史保护建档测绘的新技术、新方法。UAV倾斜摄影测量分两步进行，第一次作业后快速建模，以此获取历史建筑及其周边的精准高程数据，保证后续航飞的安全可靠，第二次则依据高程数据规划航线，获取优于CM级别的分辨率的模型。

图3 UAV倾斜摄影测量流程

03

地面近景摄影测量

地面近景摄影测量技术是现代摄影测量的分支，利用拍摄影像来逆向重建近距离非地形目标三维表面模型，可精细重建细节纹理数据，广泛应用于古建筑文物测绘领域。

04

联合建模技术难点

将三维激光扫描点云、UAV倾斜摄影影像、地面近景摄影影像成果导入到软件中进行空地一体多源数据联合建模。空地一体多源数据联合建模过程与实景三维建模相似，但也带来新的问题。

地面三维激光点云与UAV倾斜摄影影像融合过程中比较容易出现分层问题，这一问题的原因在于三维激光点云与倾斜摄影点云间都存在一定的噪点，干扰较大且不可忽视，两者间精度相差较大且存在不可避免的系统误差。

因此，采用如下方法进行解决：

（1）对地面三维激光点云进行噪声去除；精细的噪声去除是空地一体多源数据联合建模的重中之重，去除效果越好，融合效果越好；

（2）通过多次点云配准将三维激光扫描点云与倾斜摄影点云数据相配准。

地面近景摄影与UAV倾斜摄影相近，但在实际生产中会出现影像不能参与或随机参与空三的问题，这是因为重叠度不够或者分辨率差异过大，参与空三计算完全依赖于特征点匹配成果。

因此，采用如下方法进行解决：

（1）地面近景摄影影像自身保持重叠度的同时也要与倾斜摄影影像保持重叠度；

（2）重叠部分分辨率过大的影像间要进行补拍，减小分辨率的差异。

成果展示

01

数字图件

包括历史建筑总平面现状测绘图、平面现状测绘图、立面现状测绘图、剖面现状测绘图、典型构件大样图等。

图4 总平面现状测绘图

图5 平面现状测绘图

图6 立面现状测绘图

 

图7 剖面现状测绘图

图8 典型构件大样图

02

数字模型

包括三维激光点云模型、空地一体多源数据联合建模模型等。

图9 三维激光点云模型真彩色显示

图10 三维激光点云模型反射率显示

图11 空地一体多源数据联合建模模型正面视角

图12 空地一体多源数据联合建模模型侧面视角

03

数字档案

包括历史建筑档案表、历史建筑图册等。

图13 历史建筑档案表

图14 历史建筑图册

结 语

历史建筑测绘建档是历史文化保护工作的重要组成部分，承载着不可再生的历史信息和宝贵的文化资源。开展历史建筑测绘建档工作，有利于摸清历史建筑家底，是做好历史文化保护工作的前提和基础，对于加强历史建筑保护，延续城市文脉具有重要意义，也是国图信息开展部件级实景三维、助力实景三维中国建设、响应国家落实数字中国战略、发挥实景三维价值的应有之义！

文章授权转载：国图信息作者：地理信息中心 叶伟 李鑫责编：程进明版权归原作者所有
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