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摘要：中国的历史很非常久远的，在我国历经了几代王朝之后，众多的历史文化名城见证了每个王朝的兴起、鼎盛以及衰落的过程，所以历史文化名城是对我国研究历史的发展有着非常重要的作用，但是由于我国历史文化名城存在的比较久远，有的已经出现残缺不全的现象，加上一部分的人为破坏，对历史文化名城的保护成为重中之重。
关键词：三维点云；历史文化名城；保护；应用
引言：
历史建筑是城市发展演变历程中留存下的能够反映历史风貌和地方特色的建筑物、构筑物，是不可再生的宝贵遗产。在社会经济快速发展的背景下，如何做好保护性修缮工作，恢复其原有风采，最大限度发挥历史建筑的使用价值，是迫切需要解决的问题。不少历史悠久的项目，其原始资料有限，尤其是图纸信息不全、不准确，都给项目的设计、施工带来很大的障碍。随着保护修复的标准要求越来越高，仅仅依靠现在的尺量拍照所获的平面抽象图纸，已经远远不能够满足历史建筑保护的要求，三维激光扫描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，从而实现三维重建。
一、三维点云的含义以及技术原理
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势.三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。
它的技术原理是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。
二、保护历史文化名城的意义
历史文化名城作为我国文化遗产的一类。我国文化遗产蕴含着中华民族特有的精神价值、思维方式、想象力，体现着中华民族的生命力和创造力，是各民族智慧的结晶，也是全人类文明的瑰宝。历史城镇的保护不是为了过去而保护，是为了现在和未来而尊重过去，要维持城市历史环境的延续性和历时性，防止城市的衰老和衰败，让历史城镇成为环境宜人的美好家园，确保城市的特征与个性的延续。历史文化名城保护对于继承悠久的文化遗产，发扬光荣革命传统，进行爱国主义教育，建设社会主义精神文明，扩大我国的国际影响，发展旅游业等宏观层面都有巨大的意义。保护文化遗产，保持民族文化的传承，是连接民族情感纽带、增进民族团结和维护国家统一及社会稳定的重要文化基础，也是维护世界文化多样性和创造性，促进人类共同发展的前提。加强文化遗产保护，是建设社会主义先进文化，贯彻落实科学发展观和构建社会主义和谐社会的必然要求。
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三、相比传统测绘，三维点云扫描技术的优点
1.信息获取比较全面：如果是传统测绘要对测量目标的长、宽、高等相关参数，要对无数个点进行测量，而采用三维扫描可以直接获取目标的三维信息，在获取的点云数据上进行测量计算。
2.非接触式进行扫描：三维点云扫描技术可以不对建筑实体直接接触，这样更好的保护了建筑的完整性。
3.用时短：三维点云扫描技术对于上十万个点的信息在十几分钟就可以获取到，而传统的测绘方法要想获取这么多点的话，所用的时间是非常多的。
四、三维点云技术应用于历史文化名城保护实例
我国古代的建筑一般是由屋顶、屋身和台基三部分组成；建筑的结构有石块和木质，其中 75%以上是木质结构。台基、立柱和屋顶结构繁杂；门窗天花板形式多种多样，图案栩栩如生。其建筑物内涵极为丰富，因而对保护建筑物这些特征所要求的技术非常高。用三维点云技术形成的激光扫描古建筑，让单体的扫描精度达到毫米级标准，把那些不规则、复杂的建筑数据完整的反馈到电脑里，这样的测量方式不和建筑直接接触，不会历史文化名城造成损伤，在技术层面上加强了古建筑的保护力度。
五、三维点云在历史文化名城保护中的应用
1.历史文化名城表面数据采集：现场踏勘，制定外业数据采集方案，包括控制方案、测站设置方案、标靶布设方案和纹理采集方案。测量基准建立：如果是古建筑群，需要以全站仪及RTK定位系统等传统测量技术手段，建立测区古建筑群测绘的基础控制，为后续数据采集提供测量基准和数据拼接连接点。单一建筑扫描：架设三维激光扫描仪，布置好标准球，在不同的位置获取古建筑点云数据，扫描做到完全覆盖。点云拼接与影像配准：将外业采集的点云数据进行处理，主要是多站点扫描数据的合并，精确配准，通过剪切得到需要的点云数据，并制作系列正射投影图像，或云面片切割，以便绘制各种古建筑物图件、构件图件等。图件绘制：将处理好的点云数据导入AUTOCAD软件，准备进行建筑图纸绘制。根据拼接之后的扫描点云数据以及近景摄影测量数据，按照古建筑物绘图规则与精度，进行古建筑物精细测绘，具体包括平面图、立面图、剖面图等二维图纸。
2.数据处理：建筑物的线划图作为传统建筑测绘的成果之一，是建筑物的基础测绘图件，通过内业测绘获取二维的图件可以表示房屋内部的结构或构造形式、分层情况，及建筑物的相关尺寸。
3.彩色点云数据应用：通过扫描出的彩色点云在互联网上面发布，让公众和专业人士浏览，同时还可以在互联网上进行测量、标注等。
4.建立三维模型：通过扫描的点云数据在模型库上快速模拟建立模型，也可以在其他软件三方软件不规则曲面建模逆向工程软件进行建模，构建格网模型，再通过纹理映射或是导入到 3D max 中进行贴图，达到建立模型的目的。再把建立的模型储存后，数据可用于档案记录、三维可视化及逆向重建等方面，实现三维激光扫描技术在古建筑保护中的应用。
六、结束语
综上所述，三维激光扫描技术所具有的先进性和可操作性，在其它地方也有过成功的经验，对于历史文化遗产保护还是很有必要的。三维点云扫描技术根据测量时间段、测量的精准度高以及处理数据自动化的特点已经被广泛应用于古建筑的保护中。保护历史文化名城不单单是依靠这些高科技，在生活中我们也要肩负起保护历史文化名城的责任和义务。
参考文献：
[1]三维激光扫描技术在石质文物保护中的应用研究[D]. 长安大学，2015.
[2]翟聪聪. 三维激光扫描技术在故宫建筑遗产保护中的应用研究[J]. 科学技术创新，2016（8）：81-81.
[3]胡本刚，应国伟，张金花，等. 三维激光扫描技术在物质文化遗产保护中的应用[J]. 科技展望，2016，26（18）.
论文作者:周湖森
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/9
标签：技术论文; 测量论文; 历史文化名城论文; 数据论文; 激光论文; 建筑论文; 建筑物论文; 《防护工程》2019年12期论文;