三维激光扫描技术在文保研究中的应用

一、文保研究工作对测绘的需求

文物古迹指人类在历史上创造或人类活动遗留的具有价值的不可移动的实物遗存，包括地面与地下的古文化遗址、古墓葬、古建筑、石窟寺、石刻、近现代史迹及纪念建筑、由国家公布应予保护的历史文化街区(村镇)，以及其中原有的附属文物。

以当前文保工作中常见测绘对象——传统木构建筑为例：大致可分为宫式和民间两类建筑。官式木作有宋《营造法式》、清《营造则例》等成文典籍加以规范，一般在用材、做法上较为一致，但并非千篇一律；而民间木构建筑的营造技法多为师徒相承，受到不同气候环境、经济状况和风俗习惯等因素的影响，更是干变万化，各有特色。大部分保存至今的木构建筑都可称为某种意义上的孤饼，值得加以保护稻仔细研究。

中国传统大木作采用模数制，各构件尺寸均以抖棋的材分为基准。要探究木构的营造规律，材分推算至关重要。而材分推算必须以准确的构析尺寸为依据。
由于年代久远，一般现存古木构建筑都存在这样那样的残损，加上建造过程中匠人用料施工的误差，使得即使属于同一座建筑的同类构件，其造型、尺寸也各不相同。木工的俗语“差一寸，不要问”意即如此。如图l所示，红(red)、绿(green)、黄(yellow)、青(cyan)分别为佛光寺东大殿草袱4、5、6、7号轴线梁架扫描所得点云图，可见其错位、扭曲、变形情况。在这种情况下，仅测量一个“典型”的构件尺寸就据以推算是可疑的。较理想的研究方法是全面记录每个建筑构件的三维信息，用求均值来获得最准确的数据。
传统的测绘工作中，其工具多使用容易变形的皮尺、绳尺，判读记录全靠肉眼，测量方法多为“以点概面”，即选取少量构件进行测绘而据以推演。这样的测绘结果在相当程度上依赖于测绘人的个人经验和临场判断，且无法准确描绘异形构件(如山西民间常见的随形梁)的空间特征，在全面性、准确性两方面均不能令人满意。

二、三维激光扫描系统的工作流程

三维激光扫描系统由扫描仪硬件和相应控制软件、后期数据处理软件组成。相比于传统测绘技术，三维激光扫描系统的测量结果误差小，分辨率可控，并基本消除了人为因素的影响。扫描获得的三维点云包含所有可见构件的坐标信息，可在电脑中随意移动、翻转，切片，便于测量，更可与CAD图纸进行比对。一个典型三维激光扫描项目的工作由数据采集(外业)和数据处理(内业)两部分组成。

三、三维扫描的优点

1、扫描速度快，外业时间短；

2．操方便，节省人力；

3．所得数据全面而无遗漏；

4．适于测绘不规则物体、曲面造型如石窟、雕塑等；

5．数据准确，精度可调，人为误差影响小；

6．非实体接触，便于对不可达、不宜触对象的测绘；

7．每站耗时固定，便于估算以制订工作计划；

8．不依赖光照，可在昏暗环境和夜晚工作。