鄭黎明

摘 要：保燈塔建設(shè)年代久遠(yuǎn)普遍缺乏地形地貌測量資料、建筑結(jié)構(gòu)詳圖，給燈塔文物保護(hù)申請工作、日常維護(hù)保養(yǎng)、修繕工程帶來困難。使用三維激光影像掃描技術(shù)，將洛伽山燈塔的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，快速重構(gòu)出燈塔及附屬建筑物的空間立體模型，從而快速繪制塔區(qū)平面圖和建筑物結(jié)構(gòu)詳圖。

關(guān)鍵詞：三維激光影像 掃描技術(shù) 洛伽山燈塔

洛伽山燈塔位于浙江省舟山市普陀區(qū)境內(nèi)的洛伽山島的北面，燈塔始建于清光緒十六年即1890年，1931年改建，2013年入選第七批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。燈塔采用青石砌成，塔身為紅白橫帶圓塔，塔高為7米，燈高為40米，燈質(zhì)為閃（3）紅、白9秒，紅光射程約7.5海里，白光射程約15海里。由于燈塔年代久遠(yuǎn)缺乏圖紙資料，達(dá)不到全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位相關(guān)要求。因地形地貌測量資料、建筑結(jié)構(gòu)詳圖等缺乏給燈塔文物保護(hù)申請工作、日常維護(hù)保養(yǎng)、修繕工程帶來困難。

三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，作為數(shù)字化三維信息采集手段可獲取任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間目標(biāo)的三維立體信息，快速重構(gòu)目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種帶有三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，再現(xiàn)客觀事物真實(shí)的形態(tài)特性。本文介紹通過采用三維激光影像掃描技術(shù)直接將洛伽山燈塔、附屬建筑及所在島嶼的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，進(jìn)而快速重構(gòu)出整個(gè)塔區(qū)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。

全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位對燈塔資料的相關(guān)要求

我國目前對于文物保護(hù)有《文物保護(hù)工程管理辦法》、《中華人民共和國文物保護(hù)法實(shí)施條例》和《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》等法規(guī)，對于文物保護(hù)需要收集相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，報(bào)告文化保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的地形圖資料、建筑測量資料、色彩資料、表面精確資料等等。《文物保護(hù)工程管理辦法》規(guī)定文物搶險(xiǎn)加固工程、修繕工程、保護(hù)性設(shè)施建設(shè)工程的立項(xiàng)與勘察設(shè)計(jì)方案資料包括以下內(nèi)容：擬立項(xiàng)目保護(hù)范圍與建設(shè)控制地帶的劃定；保護(hù)工程必要性與實(shí)施可能性的技術(shù)文件與形象資料（錄像或照片）。《中華人民共和國文物保護(hù)法實(shí)施條例》第十一條規(guī)定文物保護(hù)單位的記錄檔案，應(yīng)當(dāng)包括文物保護(hù)單位本體記錄等科學(xué)技術(shù)資料等內(nèi)容。文物保護(hù)單位的記錄檔案，應(yīng)當(dāng)充分利用文字、音像制品、圖畫、拓片、摹本、電子文本等形式，有效表現(xiàn)其所載內(nèi)容。

由于全國文物保護(hù)燈塔建設(shè)年代久遠(yuǎn)，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制普遍沒有地形地貌資料和建筑尺寸圖紙，在申報(bào)項(xiàng)目時(shí)候往往缺乏保護(hù)范圍線與建設(shè)控制線，缺乏建筑物尺寸數(shù)據(jù)等技術(shù)資料，現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，燈塔建立詳細(xì)的數(shù)字資料數(shù)據(jù)庫十分必要。

傳統(tǒng)CAD測量繪圖的局限性

目前很多古代建筑缺少可用的CAD數(shù)據(jù)，即使建立低水平的細(xì)節(jié)CAD模型，也需要借助測量和其他方法，必須進(jìn)行大量耗時(shí)的，成本高昂的，而且非常難測量。傳統(tǒng)的用于建模的方法是利用利用AutoCAD+3DS軟件建模，最后通過函數(shù)接口讀入程序中，從而能夠真實(shí)表達(dá)建筑物內(nèi)部的細(xì)節(jié)特征。這些文件中已將模型剖分為空間三角網(wǎng)，我們只需將這組數(shù)據(jù)以一定的比例、角度在通過旋轉(zhuǎn)、平移、縮放在空間坐標(biāo)系中定位，同時(shí)到實(shí)地拍攝建筑物的影像，運(yùn)用圖像處理軟件制作出建筑物的表面紋理，貼附于模型之上，從而實(shí)現(xiàn)建筑物模型的重建。這些重建方法一是建模精確不高，無法得到有關(guān)表面屬性的拓?fù)湫畔⒑蛶缀涡畔?，無法清晰表現(xiàn)紋理和材質(zhì)。二是建模的工作量非常巨大。

三維激光影像掃描技術(shù)的介紹

三維激光影像掃描技術(shù)是國際上近期發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過高速激光測距原理，瞬時(shí)測得空間三維坐標(biāo)值。其工作原理是將紅外線激光束射到旋轉(zhuǎn)光學(xué)鏡的中心，該光學(xué)鏡將使激光在圍繞掃描環(huán)境垂直旋轉(zhuǎn)的方向上產(chǎn)生偏差；之后，將周圍對象的該點(diǎn)處的數(shù)據(jù)并對該點(diǎn)進(jìn)行定位。散射光反射回掃描儀，其使用相位偏移技術(shù)測量距離，通過使用角度編碼器測量鏡像旋轉(zhuǎn)和水平旋轉(zhuǎn)，計(jì)算各點(diǎn)的 X、Y、Z 坐標(biāo)。

三維激光影像掃描由于其每個(gè)點(diǎn)都有三維坐標(biāo)，可提供可量測的畫面數(shù)據(jù)，其非接觸的數(shù)據(jù)獲取方式可以有效地減少傳統(tǒng)操作中不必要的破壞以及擬補(bǔ)傳統(tǒng)測量手段的測量死角，快速準(zhǔn)確獲取建筑三維數(shù)據(jù)，極大程度上豐富了三維數(shù)據(jù)展示的效果。

三維激光影像掃描技術(shù)為燈塔提供的技術(shù)資料

1、為文保劃定“兩線”提供地形地貌測量資料

《中華人民共和國文物保護(hù)法》規(guī)定，文物保護(hù)單位要?jiǎng)澏ūＷo(hù)范圍和建設(shè)控制地帶，即“兩線”。其中第九條文物保護(hù)單位的保護(hù)范圍，是指對文物保護(hù)單位本體及周圍一定范圍實(shí)施重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域。第十三條文物保護(hù)單位的建設(shè)控制地帶，是指在文物保護(hù)單位的保護(hù)范圍外，為保護(hù)文物保護(hù)單位的安全、環(huán)境、歷史風(fēng)貌對建設(shè)項(xiàng)目加以限制的區(qū)域。

2、為維護(hù)、修繕和搶修文物工程項(xiàng)目提供詳細(xì)的測量尺寸資料

《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》要求建立記錄檔案其中第二部分圖紙、照片、拓片、摹本等。圖紙包括地理位置圖、總平面圖；建筑群體和主要單體的平、立、斷面圖；歷次重要維修的實(shí)測、設(shè)計(jì)、竣工圖。掃描出來的數(shù)據(jù)模型不僅外形與實(shí)物一樣，其包含所有的幾何信息也與實(shí)物完全一致，為文物研究及文物保護(hù)提供準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入到AutoCAD、Autodesk Revit等軟件中，進(jìn)行后續(xù)的處理與加工，并且可以在Autodesk Revit中通過捕捉點(diǎn)直接繪制生成幾何體。

3、為文物宣傳提供視聽和影像資料

《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》建立記錄檔案其中第三部分電影片、錄像、磁盤及其他信息載體等。三維激光影像掃描技術(shù)能在短時(shí)間內(nèi)對所感興趣的區(qū)域建立詳盡準(zhǔn)確的三維立體影像，經(jīng)過后期加工制作，可以制作成立體宣傳視頻或者立體實(shí)景模型放在網(wǎng)頁上供人瀏覽。

三維激光影像掃描技術(shù)實(shí)施步驟，第一步配合服務(wù)公司進(jìn)行現(xiàn)場的激光掃描工作，洛伽山海總面積為0.36平方公里，工作時(shí)間約5天，工作人員5人；第二步對掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之能夠?qū)隑IM軟件；第三步根據(jù)現(xiàn)有圖紙建立BIM模型；第四步整合BIM模型和激光掃描優(yōu)化BIM模型。后期制作約10天時(shí)間，整個(gè)過程約需要15天左右的時(shí)間。

經(jīng)過測量洛伽山燈塔精確數(shù)據(jù)如下：本體建筑坐北朝南，占地面積約12平方米，總高8.835米?；矫娉蕡A形，直徑為3.8米，高約0.54米。塔身為磚結(jié)構(gòu)的圓臺(tái)形建筑，下底面直徑為3.1米，上底面直徑為2米，高為4.85米，外飾紅白相間帶狀橫紋，辟有一門二窗；內(nèi)沿塔體置鑄鐵盤旋式樓梯通塔身頂部的平臺(tái)。平臺(tái)上置燈籠，外圍圓環(huán)形帶鐵欄桿的回廊?；\身分為上下兩部分，下部為鋼質(zhì)籠壁，呈圓柱形，直徑為2米，高1.2米，飾白漆；上部置玻璃窗，呈正八棱柱形，最長對徑為1.8米，邊長0.72米，高1.1米?；\頂為鋼質(zhì)，呈穹頂狀，頂正中心設(shè)避雷針。

結(jié)束語

相對于傳統(tǒng)的測繪，三維激光影像掃描不僅大量節(jié)約時(shí)間與人力，而且采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接生成三維點(diǎn)云模型，作為電子數(shù)據(jù)永久存檔，對進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)的工作開展提供了準(zhǔn)確詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，能顯著提高后續(xù)工作的效率和質(zhì)量。

洛伽山燈塔入選“國?！碧嵘@座百年燈塔在全國知名度，三維激光影像掃描技術(shù)制作立體模型及視頻使它的歷史價(jià)值、文化遺產(chǎn)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值更廣泛的得到宣傳、保護(hù)、和發(fā)展。（作者單位：寧波航標(biāo)處）

摘 要：保燈塔建設(shè)年代久遠(yuǎn)普遍缺乏地形地貌測量資料、建筑結(jié)構(gòu)詳圖，給燈塔文物保護(hù)申請工作、日常維護(hù)保養(yǎng)、修繕工程帶來困難。使用三維激光影像掃描技術(shù)，將洛伽山燈塔的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，快速重構(gòu)出燈塔及附屬建筑物的空間立體模型，從而快速繪制塔區(qū)平面圖和建筑物結(jié)構(gòu)詳圖。

關(guān)鍵詞：三維激光影像 掃描技術(shù) 洛伽山燈塔

洛伽山燈塔位于浙江省舟山市普陀區(qū)境內(nèi)的洛伽山島的北面，燈塔始建于清光緒十六年即1890年，1931年改建，2013年入選第七批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。燈塔采用青石砌成，塔身為紅白橫帶圓塔，塔高為7米，燈高為40米，燈質(zhì)為閃（3）紅、白9秒，紅光射程約7.5海里，白光射程約15海里。由于燈塔年代久遠(yuǎn)缺乏圖紙資料，達(dá)不到全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位相關(guān)要求。因地形地貌測量資料、建筑結(jié)構(gòu)詳圖等缺乏給燈塔文物保護(hù)申請工作、日常維護(hù)保養(yǎng)、修繕工程帶來困難。

三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，作為數(shù)字化三維信息采集手段可獲取任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間目標(biāo)的三維立體信息，快速重構(gòu)目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種帶有三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，再現(xiàn)客觀事物真實(shí)的形態(tài)特性。本文介紹通過采用三維激光影像掃描技術(shù)直接將洛伽山燈塔、附屬建筑及所在島嶼的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，進(jìn)而快速重構(gòu)出整個(gè)塔區(qū)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。

全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位對燈塔資料的相關(guān)要求

我國目前對于文物保護(hù)有《文物保護(hù)工程管理辦法》、《中華人民共和國文物保護(hù)法實(shí)施條例》和《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》等法規(guī)，對于文物保護(hù)需要收集相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，報(bào)告文化保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的地形圖資料、建筑測量資料、色彩資料、表面精確資料等等?！段奈锉Ｗo(hù)工程管理辦法》規(guī)定文物搶險(xiǎn)加固工程、修繕工程、保護(hù)性設(shè)施建設(shè)工程的立項(xiàng)與勘察設(shè)計(jì)方案資料包括以下內(nèi)容：擬立項(xiàng)目保護(hù)范圍與建設(shè)控制地帶的劃定；保護(hù)工程必要性與實(shí)施可能性的技術(shù)文件與形象資料（錄像或照片）?！吨腥A人民共和國文物保護(hù)法實(shí)施條例》第十一條規(guī)定文物保護(hù)單位的記錄檔案，應(yīng)當(dāng)包括文物保護(hù)單位本體記錄等科學(xué)技術(shù)資料等內(nèi)容。文物保護(hù)單位的記錄檔案，應(yīng)當(dāng)充分利用文字、音像制品、圖畫、拓片、摹本、電子文本等形式，有效表現(xiàn)其所載內(nèi)容。

由于全國文物保護(hù)燈塔建設(shè)年代久遠(yuǎn)，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制普遍沒有地形地貌資料和建筑尺寸圖紙，在申報(bào)項(xiàng)目時(shí)候往往缺乏保護(hù)范圍線與建設(shè)控制線，缺乏建筑物尺寸數(shù)據(jù)等技術(shù)資料，現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，燈塔建立詳細(xì)的數(shù)字資料數(shù)據(jù)庫十分必要。

傳統(tǒng)CAD測量繪圖的局限性

目前很多古代建筑缺少可用的CAD數(shù)據(jù)，即使建立低水平的細(xì)節(jié)CAD模型，也需要借助測量和其他方法，必須進(jìn)行大量耗時(shí)的，成本高昂的，而且非常難測量。傳統(tǒng)的用于建模的方法是利用利用AutoCAD+3DS軟件建模，最后通過函數(shù)接口讀入程序中，從而能夠真實(shí)表達(dá)建筑物內(nèi)部的細(xì)節(jié)特征。這些文件中已將模型剖分為空間三角網(wǎng)，我們只需將這組數(shù)據(jù)以一定的比例、角度在通過旋轉(zhuǎn)、平移、縮放在空間坐標(biāo)系中定位，同時(shí)到實(shí)地拍攝建筑物的影像，運(yùn)用圖像處理軟件制作出建筑物的表面紋理，貼附于模型之上，從而實(shí)現(xiàn)建筑物模型的重建。這些重建方法一是建模精確不高，無法得到有關(guān)表面屬性的拓?fù)湫畔⒑蛶缀涡畔?，無法清晰表現(xiàn)紋理和材質(zhì)。二是建模的工作量非常巨大。

三維激光影像掃描技術(shù)的介紹

三維激光影像掃描技術(shù)是國際上近期發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過高速激光測距原理，瞬時(shí)測得空間三維坐標(biāo)值。其工作原理是將紅外線激光束射到旋轉(zhuǎn)光學(xué)鏡的中心，該光學(xué)鏡將使激光在圍繞掃描環(huán)境垂直旋轉(zhuǎn)的方向上產(chǎn)生偏差；之后，將周圍對象的該點(diǎn)處的數(shù)據(jù)并對該點(diǎn)進(jìn)行定位。散射光反射回掃描儀，其使用相位偏移技術(shù)測量距離，通過使用角度編碼器測量鏡像旋轉(zhuǎn)和水平旋轉(zhuǎn)，計(jì)算各點(diǎn)的 X、Y、Z 坐標(biāo)。

三維激光影像掃描由于其每個(gè)點(diǎn)都有三維坐標(biāo)，可提供可量測的畫面數(shù)據(jù)，其非接觸的數(shù)據(jù)獲取方式可以有效地減少傳統(tǒng)操作中不必要的破壞以及擬補(bǔ)傳統(tǒng)測量手段的測量死角，快速準(zhǔn)確獲取建筑三維數(shù)據(jù)，極大程度上豐富了三維數(shù)據(jù)展示的效果。

三維激光影像掃描技術(shù)為燈塔提供的技術(shù)資料

1、為文保劃定“兩線”提供地形地貌測量資料

《中華人民共和國文物保護(hù)法》規(guī)定，文物保護(hù)單位要?jiǎng)澏ūＷo(hù)范圍和建設(shè)控制地帶，即“兩線”。其中第九條文物保護(hù)單位的保護(hù)范圍，是指對文物保護(hù)單位本體及周圍一定范圍實(shí)施重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域。第十三條文物保護(hù)單位的建設(shè)控制地帶，是指在文物保護(hù)單位的保護(hù)范圍外，為保護(hù)文物保護(hù)單位的安全、環(huán)境、歷史風(fēng)貌對建設(shè)項(xiàng)目加以限制的區(qū)域。

2、為維護(hù)、修繕和搶修文物工程項(xiàng)目提供詳細(xì)的測量尺寸資料

《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》要求建立記錄檔案其中第二部分圖紙、照片、拓片、摹本等。圖紙包括地理位置圖、總平面圖；建筑群體和主要單體的平、立、斷面圖；歷次重要維修的實(shí)測、設(shè)計(jì)、竣工圖。掃描出來的數(shù)據(jù)模型不僅外形與實(shí)物一樣，其包含所有的幾何信息也與實(shí)物完全一致，為文物研究及文物保護(hù)提供準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入到AutoCAD、Autodesk Revit等軟件中，進(jìn)行后續(xù)的處理與加工，并且可以在Autodesk Revit中通過捕捉點(diǎn)直接繪制生成幾何體。

3、為文物宣傳提供視聽和影像資料

《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》建立記錄檔案其中第三部分電影片、錄像、磁盤及其他信息載體等。三維激光影像掃描技術(shù)能在短時(shí)間內(nèi)對所感興趣的區(qū)域建立詳盡準(zhǔn)確的三維立體影像，經(jīng)過后期加工制作，可以制作成立體宣傳視頻或者立體實(shí)景模型放在網(wǎng)頁上供人瀏覽。

三維激光影像掃描技術(shù)實(shí)施步驟，第一步配合服務(wù)公司進(jìn)行現(xiàn)場的激光掃描工作，洛伽山海總面積為0.36平方公里，工作時(shí)間約5天，工作人員5人；第二步對掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之能夠?qū)隑IM軟件；第三步根據(jù)現(xiàn)有圖紙建立BIM模型；第四步整合BIM模型和激光掃描優(yōu)化BIM模型。后期制作約10天時(shí)間，整個(gè)過程約需要15天左右的時(shí)間。

經(jīng)過測量洛伽山燈塔精確數(shù)據(jù)如下：本體建筑坐北朝南，占地面積約12平方米，總高8.835米。基座平面呈圓形，直徑為3.8米，高約0.54米。塔身為磚結(jié)構(gòu)的圓臺(tái)形建筑，下底面直徑為3.1米，上底面直徑為2米，高為4.85米，外飾紅白相間帶狀橫紋，辟有一門二窗；內(nèi)沿塔體置鑄鐵盤旋式樓梯通塔身頂部的平臺(tái)。平臺(tái)上置燈籠，外圍圓環(huán)形帶鐵欄桿的回廊。籠身分為上下兩部分，下部為鋼質(zhì)籠壁，呈圓柱形，直徑為2米，高1.2米，飾白漆；上部置玻璃窗，呈正八棱柱形，最長對徑為1.8米，邊長0.72米，高1.1米。籠頂為鋼質(zhì)，呈穹頂狀，頂正中心設(shè)避雷針。

結(jié)束語

相對于傳統(tǒng)的測繪，三維激光影像掃描不僅大量節(jié)約時(shí)間與人力，而且采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接生成三維點(diǎn)云模型，作為電子數(shù)據(jù)永久存檔，對進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)的工作開展提供了準(zhǔn)確詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，能顯著提高后續(xù)工作的效率和質(zhì)量。

洛伽山燈塔入選“國?！碧嵘@座百年燈塔在全國知名度，三維激光影像掃描技術(shù)制作立體模型及視頻使它的歷史價(jià)值、文化遺產(chǎn)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值更廣泛的得到宣傳、保護(hù)、和發(fā)展。（作者單位：寧波航標(biāo)處）

摘 要：保燈塔建設(shè)年代久遠(yuǎn)普遍缺乏地形地貌測量資料、建筑結(jié)構(gòu)詳圖，給燈塔文物保護(hù)申請工作、日常維護(hù)保養(yǎng)、修繕工程帶來困難。使用三維激光影像掃描技術(shù)，將洛伽山燈塔的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，快速重構(gòu)出燈塔及附屬建筑物的空間立體模型，從而快速繪制塔區(qū)平面圖和建筑物結(jié)構(gòu)詳圖。

關(guān)鍵詞：三維激光影像 掃描技術(shù) 洛伽山燈塔

洛伽山燈塔位于浙江省舟山市普陀區(qū)境內(nèi)的洛伽山島的北面，燈塔始建于清光緒十六年即1890年，1931年改建，2013年入選第七批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。燈塔采用青石砌成，塔身為紅白橫帶圓塔，塔高為7米，燈高為40米，燈質(zhì)為閃（3）紅、白9秒，紅光射程約7.5海里，白光射程約15海里。由于燈塔年代久遠(yuǎn)缺乏圖紙資料，達(dá)不到全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位相關(guān)要求。因地形地貌測量資料、建筑結(jié)構(gòu)詳圖等缺乏給燈塔文物保護(hù)申請工作、日常維護(hù)保養(yǎng)、修繕工程帶來困難。

三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，作為數(shù)字化三維信息采集手段可獲取任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間目標(biāo)的三維立體信息，快速重構(gòu)目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種帶有三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，再現(xiàn)客觀事物真實(shí)的形態(tài)特性。本文介紹通過采用三維激光影像掃描技術(shù)直接將洛伽山燈塔、附屬建筑及所在島嶼的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，進(jìn)而快速重構(gòu)出整個(gè)塔區(qū)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。

全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位對燈塔資料的相關(guān)要求

我國目前對于文物保護(hù)有《文物保護(hù)工程管理辦法》、《中華人民共和國文物保護(hù)法實(shí)施條例》和《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》等法規(guī)，對于文物保護(hù)需要收集相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，報(bào)告文化保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的地形圖資料、建筑測量資料、色彩資料、表面精確資料等等?！段奈锉Ｗo(hù)工程管理辦法》規(guī)定文物搶險(xiǎn)加固工程、修繕工程、保護(hù)性設(shè)施建設(shè)工程的立項(xiàng)與勘察設(shè)計(jì)方案資料包括以下內(nèi)容：擬立項(xiàng)目保護(hù)范圍與建設(shè)控制地帶的劃定；保護(hù)工程必要性與實(shí)施可能性的技術(shù)文件與形象資料（錄像或照片）。《中華人民共和國文物保護(hù)法實(shí)施條例》第十一條規(guī)定文物保護(hù)單位的記錄檔案，應(yīng)當(dāng)包括文物保護(hù)單位本體記錄等科學(xué)技術(shù)資料等內(nèi)容。文物保護(hù)單位的記錄檔案，應(yīng)當(dāng)充分利用文字、音像制品、圖畫、拓片、摹本、電子文本等形式，有效表現(xiàn)其所載內(nèi)容。

由于全國文物保護(hù)燈塔建設(shè)年代久遠(yuǎn)，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制普遍沒有地形地貌資料和建筑尺寸圖紙，在申報(bào)項(xiàng)目時(shí)候往往缺乏保護(hù)范圍線與建設(shè)控制線，缺乏建筑物尺寸數(shù)據(jù)等技術(shù)資料，現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，燈塔建立詳細(xì)的數(shù)字資料數(shù)據(jù)庫十分必要。

傳統(tǒng)CAD測量繪圖的局限性

目前很多古代建筑缺少可用的CAD數(shù)據(jù)，即使建立低水平的細(xì)節(jié)CAD模型，也需要借助測量和其他方法，必須進(jìn)行大量耗時(shí)的，成本高昂的，而且非常難測量。傳統(tǒng)的用于建模的方法是利用利用AutoCAD+3DS軟件建模，最后通過函數(shù)接口讀入程序中，從而能夠真實(shí)表達(dá)建筑物內(nèi)部的細(xì)節(jié)特征。這些文件中已將模型剖分為空間三角網(wǎng)，我們只需將這組數(shù)據(jù)以一定的比例、角度在通過旋轉(zhuǎn)、平移、縮放在空間坐標(biāo)系中定位，同時(shí)到實(shí)地拍攝建筑物的影像，運(yùn)用圖像處理軟件制作出建筑物的表面紋理，貼附于模型之上，從而實(shí)現(xiàn)建筑物模型的重建。這些重建方法一是建模精確不高，無法得到有關(guān)表面屬性的拓?fù)湫畔⒑蛶缀涡畔?，無法清晰表現(xiàn)紋理和材質(zhì)。二是建模的工作量非常巨大。

三維激光影像掃描技術(shù)的介紹

三維激光影像掃描技術(shù)是國際上近期發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過高速激光測距原理，瞬時(shí)測得空間三維坐標(biāo)值。其工作原理是將紅外線激光束射到旋轉(zhuǎn)光學(xué)鏡的中心，該光學(xué)鏡將使激光在圍繞掃描環(huán)境垂直旋轉(zhuǎn)的方向上產(chǎn)生偏差；之后，將周圍對象的該點(diǎn)處的數(shù)據(jù)并對該點(diǎn)進(jìn)行定位。散射光反射回掃描儀，其使用相位偏移技術(shù)測量距離，通過使用角度編碼器測量鏡像旋轉(zhuǎn)和水平旋轉(zhuǎn)，計(jì)算各點(diǎn)的 X、Y、Z 坐標(biāo)。

三維激光影像掃描由于其每個(gè)點(diǎn)都有三維坐標(biāo)，可提供可量測的畫面數(shù)據(jù)，其非接觸的數(shù)據(jù)獲取方式可以有效地減少傳統(tǒng)操作中不必要的破壞以及擬補(bǔ)傳統(tǒng)測量手段的測量死角，快速準(zhǔn)確獲取建筑三維數(shù)據(jù)，極大程度上豐富了三維數(shù)據(jù)展示的效果。

三維激光影像掃描技術(shù)為燈塔提供的技術(shù)資料

1、為文保劃定“兩線”提供地形地貌測量資料

《中華人民共和國文物保護(hù)法》規(guī)定，文物保護(hù)單位要?jiǎng)澏ūＷo(hù)范圍和建設(shè)控制地帶，即“兩線”。其中第九條文物保護(hù)單位的保護(hù)范圍，是指對文物保護(hù)單位本體及周圍一定范圍實(shí)施重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域。第十三條文物保護(hù)單位的建設(shè)控制地帶，是指在文物保護(hù)單位的保護(hù)范圍外，為保護(hù)文物保護(hù)單位的安全、環(huán)境、歷史風(fēng)貌對建設(shè)項(xiàng)目加以限制的區(qū)域。

2、為維護(hù)、修繕和搶修文物工程項(xiàng)目提供詳細(xì)的測量尺寸資料

《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》要求建立記錄檔案其中第二部分圖紙、照片、拓片、摹本等。圖紙包括地理位置圖、總平面圖；建筑群體和主要單體的平、立、斷面圖；歷次重要維修的實(shí)測、設(shè)計(jì)、竣工圖。掃描出來的數(shù)據(jù)模型不僅外形與實(shí)物一樣，其包含所有的幾何信息也與實(shí)物完全一致，為文物研究及文物保護(hù)提供準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入到AutoCAD、Autodesk Revit等軟件中，進(jìn)行后續(xù)的處理與加工，并且可以在Autodesk Revit中通過捕捉點(diǎn)直接繪制生成幾何體。

3、為文物宣傳提供視聽和影像資料

《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位保護(hù)范圍、標(biāo)志說明、記錄檔案和保管機(jī)構(gòu)工作規(guī)范》建立記錄檔案其中第三部分電影片、錄像、磁盤及其他信息載體等。三維激光影像掃描技術(shù)能在短時(shí)間內(nèi)對所感興趣的區(qū)域建立詳盡準(zhǔn)確的三維立體影像，經(jīng)過后期加工制作，可以制作成立體宣傳視頻或者立體實(shí)景模型放在網(wǎng)頁上供人瀏覽。

三維激光影像掃描技術(shù)實(shí)施步驟，第一步配合服務(wù)公司進(jìn)行現(xiàn)場的激光掃描工作，洛伽山海總面積為0.36平方公里，工作時(shí)間約5天，工作人員5人；第二步對掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之能夠?qū)隑IM軟件；第三步根據(jù)現(xiàn)有圖紙建立BIM模型；第四步整合BIM模型和激光掃描優(yōu)化BIM模型。后期制作約10天時(shí)間，整個(gè)過程約需要15天左右的時(shí)間。

經(jīng)過測量洛伽山燈塔精確數(shù)據(jù)如下：本體建筑坐北朝南，占地面積約12平方米，總高8.835米?；矫娉蕡A形，直徑為3.8米，高約0.54米。塔身為磚結(jié)構(gòu)的圓臺(tái)形建筑，下底面直徑為3.1米，上底面直徑為2米，高為4.85米，外飾紅白相間帶狀橫紋，辟有一門二窗；內(nèi)沿塔體置鑄鐵盤旋式樓梯通塔身頂部的平臺(tái)。平臺(tái)上置燈籠，外圍圓環(huán)形帶鐵欄桿的回廊?；\身分為上下兩部分，下部為鋼質(zhì)籠壁，呈圓柱形，直徑為2米，高1.2米，飾白漆；上部置玻璃窗，呈正八棱柱形，最長對徑為1.8米，邊長0.72米，高1.1米?；\頂為鋼質(zhì)，呈穹頂狀，頂正中心設(shè)避雷針。

結(jié)束語

相對于傳統(tǒng)的測繪，三維激光影像掃描不僅大量節(jié)約時(shí)間與人力，而且采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接生成三維點(diǎn)云模型，作為電子數(shù)據(jù)永久存檔，對進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)的工作開展提供了準(zhǔn)確詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，能顯著提高后續(xù)工作的效率和質(zhì)量。

洛伽山燈塔入選“國保”提升這座百年燈塔在全國知名度，三維激光影像掃描技術(shù)制作立體模型及視頻使它的歷史價(jià)值、文化遺產(chǎn)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值更廣泛的得到宣傳、保護(hù)、和發(fā)展。（作者單位：寧波航標(biāo)處）