謝錦鵬，陳穎彪，千慶蘭，韓富狀

（廣州大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510006）

三維激光掃描技術(shù)在開(kāi)平碉樓保護(hù)中的應(yīng)用研究

謝錦鵬，陳穎彪*，千慶蘭，韓富狀

（廣州大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510006）

近年來(lái)，具有掃描速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)的三維激光掃描技術(shù)為空間三維信息的獲取提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段.文章通過(guò)研究三維激光掃描技術(shù)在世界文化遺產(chǎn)——開(kāi)平碉樓的應(yīng)用，對(duì)從點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理到如何快速準(zhǔn)確建模的完整流程進(jìn)行了詳細(xì)的分析并優(yōu)化了技術(shù)路線，以及針對(duì)此項(xiàng)新技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)劣進(jìn)行探討.研究結(jié)果表明，三維激光掃描技術(shù)對(duì)古建筑的量測(cè)具有重要意義，可為廣東省的古建筑修繕保護(hù)與展示提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐與技術(shù)支持，并達(dá)到真實(shí)比例的虛擬仿真三維效果.

點(diǎn)云數(shù)據(jù)；影像重建；古建筑保護(hù)；開(kāi)平碉樓

關(guān)于文化遺產(chǎn)尤其是古建筑遺產(chǎn)的保護(hù)與修繕，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的精細(xì)測(cè)量和完整修繕從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑物的保護(hù)與可視化展示，一直以來(lái)都是學(xué)界研究的熱點(diǎn).

近年來(lái)，隨著測(cè)繪技術(shù)的革新，對(duì)于古建筑的測(cè)量已有了長(zhǎng)足的發(fā)展.其中，三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)為空間三維信息的獲取提供了全新的技術(shù)手段［1］.它區(qū)別于傳統(tǒng)的單點(diǎn)定位測(cè)量，點(diǎn)、線測(cè)繪技術(shù)以及照相測(cè)量技術(shù)，又稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”［2］.它的出現(xiàn)引發(fā)了現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的一場(chǎng)革命，使我國(guó)的文物保護(hù)逐漸進(jìn)入了一個(gè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代［3］.

本文介紹了三維激光掃描儀應(yīng)用到開(kāi)平碉樓的完整測(cè)量過(guò)程，優(yōu)化了測(cè)量程序并探討其點(diǎn)云數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后，如何實(shí)現(xiàn)碉樓數(shù)據(jù)的拼接以及逆向三維建模過(guò)程中的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，并進(jìn)行三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量方法的對(duì)比分析.

1 三維激光掃描測(cè)量原理

三維激光掃描儀在工作時(shí)，首先由激光測(cè)距儀的發(fā)射器發(fā)射激光脈沖信號(hào)，經(jīng)物體表面的漫反射后，反向傳回到接收器，計(jì)算發(fā)射激光與接收激光的時(shí)間差t，然后乘以激光的速度v，從而獲得目標(biāo)點(diǎn)P與掃描儀的距離信息S．在測(cè)距的同時(shí)，通過(guò)控制編碼器可同步測(cè)量每個(gè)激光脈沖的水平方位角α和垂直方位角β，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，便可得到每一掃描點(diǎn)與測(cè)站的空間相對(duì)坐標(biāo).這樣以固定的取樣密度，不間斷地對(duì)所在空間進(jìn)行快速掃描測(cè)量，就能獲取被測(cè)物體的三維離散點(diǎn)數(shù)據(jù).這些記錄了有限體表面上密集的三維離散點(diǎn)數(shù)據(jù)就是點(diǎn)云數(shù)據(jù)（Point Cloud）［4］.點(diǎn)云的表示形式為（x，y，z，intensity，R，G，B），數(shù)據(jù)中不僅包含了點(diǎn)的空間位置關(guān)系，還記錄點(diǎn)的強(qiáng)度信息和顏色灰度信息［5］.

掃描儀系統(tǒng)的空間直角坐標(biāo)系O－XYZ如圖1所示，激光發(fā)射處O是坐標(biāo)的原點(diǎn).根據(jù)預(yù)設(shè)的坐標(biāo)系統(tǒng)，通過(guò)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算公式（1）可求得該掃描點(diǎn)的（X，Y，Z）坐標(biāo).

在本文實(shí)驗(yàn)中，使用的測(cè)量?jī)x器是徠卡Scan-Station2，這是一款具有全方位視角、集成了雙軸補(bǔ)償器的高精度三維激光掃描儀，掃描速度可達(dá)50 000點(diǎn)·s－1，掃描的視場(chǎng)達(dá)到360°×270°，測(cè)量距離可達(dá)到300 m，點(diǎn)位精度為±6 mm／50 m，距離精度為±4 mm／50 m，角度精度為±12″.此外該掃描儀還配有高分辨率數(shù)碼相機(jī)，能夠快速獲取所需的場(chǎng)景照片，并主動(dòng)嵌入點(diǎn)云數(shù)據(jù).

圖1 碉樓三維激光掃描及儀器坐標(biāo)系統(tǒng)的示意圖Fig.1 Schematic diagram of three-dimensional laser scanning and instrumentation coordinate system

2 研究區(qū)及點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

2.1 研究區(qū)概況

開(kāi)平碉樓群，坐落在廣東省中南部的著名僑鄉(xiāng)江門(mén)市開(kāi)平境內(nèi)，是目前廣東省唯一一處世界文化遺產(chǎn).開(kāi)平碉樓是一種集家族居住、防御入侵、中西建筑交融等功能于一身的塔樓式古建筑群體［6］.20世紀(jì)二三十年代，華僑的歸國(guó)帶動(dòng)了碉樓的大量興建，使其發(fā)展成為一種深刻體現(xiàn)中國(guó)社會(huì)傳統(tǒng)與華僑文化的群體建筑形象.2007年，“開(kāi)平碉樓與村落”被聯(lián)合國(guó)教科文組織正式載入《世界遺產(chǎn)名錄》，這也是我國(guó)首個(gè)以華僑文化為內(nèi)容主體的世界遺產(chǎn)項(xiàng)目.

本文正是以開(kāi)平碉樓群中保存較好的瀾生居廬為掃描對(duì)象，利用三維激光掃描儀和Cyclone軟件模塊為測(cè)量工具，進(jìn)行該古建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集工作.

2.2 古建筑掃描技術(shù)路線及其優(yōu)化

應(yīng)用三維激光掃描的工作過(guò)程大致可分為計(jì)劃制定、外業(yè)數(shù)據(jù)采集（表1）和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理3部分［7］.在實(shí)施三維激光掃描前，一般需到工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地的踏勘并確定控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)的初步方案.根據(jù)測(cè)量方案確定最佳的設(shè)站位置與數(shù)量，從而獲取高質(zhì)量、高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型以及有效的數(shù)據(jù)成果［8］.同時(shí)選擇合適的掃描站點(diǎn)，使得每個(gè)站點(diǎn)都應(yīng)能最大范圍地掃描到目標(biāo)場(chǎng)景.三維數(shù)據(jù)建模的好壞直接取決于掃描的質(zhì)量［9］.因此選取時(shí)應(yīng)盡量保證每個(gè)站點(diǎn)沒(méi)有“盲點(diǎn)”即被遮擋的區(qū)域，確保掃描站點(diǎn)間能夠通視.根據(jù)測(cè)量的具體要求，還需要在被測(cè)區(qū)域內(nèi)至少布設(shè)3個(gè)或3個(gè)以上的標(biāo)靶；一般要求每個(gè)標(biāo)靶須測(cè)2組數(shù)據(jù)，取2者中值，以達(dá)到測(cè)量標(biāo)靶的精度要求，同時(shí)盡量做到少搬動(dòng)標(biāo)靶，以提高拼接精度.

表1 外業(yè)測(cè)量工作量Table 1 The workload of outside measure

一般情況下，掃描工作的原則是先整體，后局部；先外部，后內(nèi)部；先底部，后頂部.平面控制和高程控制分別按二級(jí)導(dǎo)線準(zhǔn)則與三等水準(zhǔn)實(shí)施測(cè)量.以閉合導(dǎo)線為掃描線路，掃描的時(shí)候結(jié)合全站儀測(cè)量標(biāo)靶的坐標(biāo)，用于拼接.控制點(diǎn)的準(zhǔn)確拼接是獲取完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)的重要環(huán)節(jié)，合理的控制點(diǎn)布設(shè)有利于提高拼接的精度.

在傳統(tǒng)的古建筑測(cè)量的過(guò)程中，一般會(huì)存在某些局限性.例如，某些物體表面沒(méi)有漫反射（如建筑物的窗子）；掃描時(shí)通常會(huì)漏掉這些掃描目標(biāo)；布設(shè)測(cè)量控制網(wǎng)時(shí)，沒(méi)有考慮到實(shí)際建筑物所處的方位而架設(shè)了多余的站點(diǎn)位置，這也是造成測(cè)量效率低下的一個(gè)較重要原因.為此，本文采用了近景攝影測(cè)量等方法加以彌補(bǔ).此外，對(duì)于3D激光距離模型的真實(shí)表達(dá)，還采用相機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行拍照，獲取相片紋理.另外，平常測(cè)量中，在布設(shè)測(cè)量站點(diǎn)控制網(wǎng)時(shí)，一般會(huì)在一個(gè)建筑立面的前方設(shè)置一個(gè)站點(diǎn)，但考慮到碉樓的實(shí)際情況即碉樓本身形狀較為規(guī)則，因而本文采用了一個(gè)站點(diǎn)掃描兩個(gè)立面的方法，從而使原本該設(shè)置8個(gè)站點(diǎn)的方案減少為只要設(shè)置5個(gè)站點(diǎn)即可.而為高效建立高精度的數(shù)字模型，必須保證表面掃描點(diǎn)具有必要的精度和較均勻的密度［10］.

圖2為優(yōu)化后測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)示意圖.

在目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行掃描測(cè)量的同時(shí)，為提高工作效率，可同步進(jìn)行紋理的采集.一般可通過(guò)掃描儀的內(nèi)置同軸數(shù)碼相機(jī)采集，而在室內(nèi)拍照則需延長(zhǎng)照相機(jī)曝光的時(shí)間.對(duì)于雕花、紋理等細(xì)節(jié)地方，則需要用高像素、高分辨率的相機(jī)正對(duì)地拍照.為保證貼圖的真實(shí)表達(dá)與效果表現(xiàn)，每張照片都需要經(jīng)過(guò)亮度／對(duì)比度、色階以及色相飽和度等必要的圖像調(diào)整，見(jiàn)圖3.

圖2 碉樓控制網(wǎng)的布設(shè)示意圖Fig.2 Schematic diagram of layout control network towers

圖3 碉樓點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖像Fig.3 Points cloud image of watchtowers

此外，對(duì)于一些較大型的復(fù)雜建筑物，尤其是具有一定高度或者有阻礙物阻擋的建筑，可采用必要的輔助手段，使測(cè)量順利進(jìn)行，以保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性.例如，北京的故宮太和殿［11］，其殿頂瓦片的掃描量測(cè)是需要升降機(jī)的輔助完成的.碉樓的掃描測(cè)量同樣需要考慮到騷擾因素如建筑物周?chē)鷺?shù)木等，并盡可能去除其帶來(lái)的影響.

2.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)與誤差分析

掃描后的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)拼接，統(tǒng)一所有點(diǎn)云的坐標(biāo)，并要?jiǎng)h減冗余與無(wú)效的數(shù)據(jù)，因?yàn)橥鈽I(yè)掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)難免會(huì)產(chǎn)生各類噪聲，這些因素都會(huì)影響后期三維模型的建立.

圖4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)示意圖Fig.4 Schematic diagram of Points cloud registration

而點(diǎn)云配準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)將不同儀器坐標(biāo)系下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)換算為同一基準(zhǔn)坐標(biāo)系下，并組成三維空間數(shù)據(jù)集的復(fù)雜計(jì)算過(guò)程.如圖4所示，設(shè)在A、B 2個(gè)位置上分別放置掃描儀對(duì)相同對(duì)象進(jìn)行掃描測(cè)量.分別在A處與B處采集到坐標(biāo)系O1－x1y1z1下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)A以及坐標(biāo)系O2－x2y2z2下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)B；點(diǎn)云配準(zhǔn)即要將坐標(biāo)系O1－x1y1z1和坐標(biāo)系O2－x2y2z2下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)A、B計(jì)算轉(zhuǎn)換至同一坐標(biāo)系下，以便進(jìn)行點(diǎn)云圖像的拼接操作.

假設(shè)有兩點(diǎn)云集合A、B，P1（X，Y，Z）∈A，K1（x，y，z）∈B，且P1、K1為同一物點(diǎn)在不同坐標(biāo)系下的構(gòu)象，點(diǎn)云的配準(zhǔn)即要使所有來(lái)自2個(gè)點(diǎn)云集合中代表被測(cè)對(duì)象表面同一物點(diǎn)的點(diǎn)對(duì)（P1，K1）滿足同一剛體變換（R，T），即

其中，R為旋轉(zhuǎn)矩陣，T為平移矩陣，且R是1個(gè)正交矩陣，滿足以下性質(zhì)：

這是點(diǎn)云配準(zhǔn)的基本公式，也被稱為空間相似變換公式.

具體的點(diǎn)云配準(zhǔn)工作相應(yīng)的分為2個(gè)關(guān)鍵步驟：①確定同名點(diǎn)對(duì)；②解算旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T.利用旋轉(zhuǎn)矩陣的正交特性列出6個(gè)條件方程，通過(guò)3組以上的共同標(biāo)靶點(diǎn)的三維坐標(biāo)值來(lái)進(jìn)行解算，由于通過(guò)高密度掃描的標(biāo)靶中心點(diǎn)坐標(biāo)精度高，故一般情況下，自動(dòng)拼接的精度最高，誤差在±5 mm左右，手動(dòng)拼接的精度則最低.

根據(jù)碉樓的掃描實(shí)際情況，分別設(shè)掃描控制點(diǎn)為S1，S2，S3，S4和S5，點(diǎn)云拼接采用自動(dòng)拼接與手動(dòng)拼接結(jié)合的方法，其中S1與S2，S3與S4均采用自動(dòng)拼接，S1234－S5采用手動(dòng)拼接，誤差結(jié)果見(jiàn)圖5.

圖5 點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接誤差Fig.5 Error of points cloud registration

從圖5可得，點(diǎn)云拼接的最小誤差值為0.003 m，最大誤差值為0.014 m，誤差曲線在S1234與S5區(qū)間的誤差增大比較明顯，且呈遞增趨勢(shì)，其誤差較大的原因可能是標(biāo)靶的放置不完美，手動(dòng)拼接本身也存在誤差，經(jīng)過(guò)多次選點(diǎn)嘗試，誤差仍然較大，而考慮到該最大誤差屬于合理精度范圍內(nèi)，因此是滿足建筑物的掃描測(cè)量要求的.

當(dāng)通過(guò)三維激光掃描系統(tǒng)完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集，并確定其完整性之后便可以轉(zhuǎn)為內(nèi)業(yè)處理.本文使用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件是目前較為流行的Cyclone軟件.該軟件的MODEL模塊可以進(jìn)行材質(zhì)貼圖，無(wú)論是傳統(tǒng)攝影測(cè)量所難以獲取的地形地貌圖，還是細(xì)節(jié)紋理均異常豐富的古建筑物正、側(cè)立面圖，都可以結(jié)合點(diǎn)云數(shù)據(jù)在該軟件經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)易處理而輕松獲得.

3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模原理與方法

三維影像重建原理是指通過(guò)測(cè)量采集目標(biāo)對(duì)象的線、面、空間等幾何實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)配準(zhǔn)、拼接等操作后利用建模軟件進(jìn)行精細(xì)三維逆向建模.

通過(guò)三維影像重建可以有效實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的可視化［12］.其工作流程見(jiàn)圖6.

圖6 三維影像重建步驟流程圖Fig.6 Flow chart of three-dimensional image reconstruction step

3.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪與平滑

點(diǎn)云數(shù)據(jù)在拼接之后，需要進(jìn)行去噪處理，即清除點(diǎn)云中的障礙物以及其他干擾因素；接著提取建筑物的線劃圖，這有助于構(gòu)建一比一的實(shí)體建筑模型.通過(guò)Cloudworx插件把點(diǎn)云導(dǎo)入CAD軟件進(jìn)行提取線劃圖，包括每棟碉樓的外部立面圖、內(nèi)部立面圖、平面圖，尺寸誤差控制在3 cm內(nèi).

圖7為碉樓的正側(cè)立面線劃示意圖.

3.2 三維影像重建與成果

在AutoCAD、3DMax、SketchUp等許多可用于構(gòu)建虛擬建筑模型的軟件中，均有自身特點(diǎn)，考慮到精細(xì)性和渲染效果，本文采用了AutoCAD和3DMax軟件用于三維影像的重建.

圖7 碉樓正側(cè)面線劃圖Fig.7 Front and side line graph of watchtowers

在3DMax軟件中導(dǎo)入dwg文件格式的線劃圖文件，針對(duì)每一個(gè)建筑立面構(gòu)建樣條線進(jìn)行古建筑物各立面的拼合.室外效果圖的建模工作可以用AutoCAD完成，然后導(dǎo)入到3DMax系統(tǒng)中生成三維模型，也可直接使用3DMax制作.但是無(wú)論用哪種方式建模，都必須保證建筑模型的精致、嚴(yán)謹(jǐn)和真實(shí)［14］.一幅古建筑的立面圖需要在不同的視圖中構(gòu)建門(mén)和窗的樣條線，并設(shè)置擠出命令的各建筑參數(shù)實(shí)施擠出，最終得到古建筑的三維影像仿真模型.

三維模型重建完成之后，為增強(qiáng)古建筑物的美觀程度與整體感覺(jué)，還需要對(duì)古建筑物的外墻、窗戶、雕花等進(jìn)行材質(zhì)貼圖處理，并賦予建筑物材質(zhì)，同時(shí)還可以在影像模型中加入燈光照射的設(shè)置，以便使三維影像模型有一個(gè)更佳的表達(dá)效果.

最終的模型渲染效果圖見(jiàn)圖8.

圖8 碉樓模型渲染效果圖Fig.8 Renderings of watchtowers model

4 結(jié)束語(yǔ)

在廣東省內(nèi)，有價(jià)值的古建筑眾多，然而除了中山紀(jì)念堂、開(kāi)平碉樓等著名古建筑額外受到重視與保護(hù)外，其他的古建筑保護(hù)力度仍然不足.

本文以開(kāi)平碉樓為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測(cè)量掃描，以獲取其精細(xì)的點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)，構(gòu)建各個(gè)立面的線劃圖，并進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的快速影像建模.研究成果為以后古建筑的保護(hù)與復(fù)建提供了一個(gè)范例，尤其是對(duì)于廣東省內(nèi)古建筑的科學(xué)研究、保護(hù)、修繕、展示等均具有顯著意義.

三維激光掃描技術(shù)相比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢(shì).相對(duì)來(lái)講，三維激光掃描技術(shù)所需的設(shè)備成本較高以及技術(shù)還需進(jìn)一步的發(fā)展成熟，但是綜合考慮到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的可長(zhǎng)期保存性，可無(wú)限次使用，并可生成數(shù)字化三維模型等優(yōu)點(diǎn)，三維激光掃描技術(shù)在古建筑的保護(hù)中應(yīng)用前景是非常廣闊的，其性價(jià)比也是遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù).隨著三維激光掃描技術(shù)的廣泛推廣，此應(yīng)用對(duì)不可移動(dòng)文物遺址進(jìn)行數(shù)字建模已成為現(xiàn)代文物保護(hù)、修繕等工作的首選技術(shù)手段.三維激光掃描這一先進(jìn)技術(shù)的實(shí)施將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“文物保護(hù)數(shù)字化”并將在古建筑保護(hù)乃至其它應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用.

［1］ 謝媛媛.三維激光掃描技術(shù)及其在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.價(jià)值工程，2012（15）：209. XIE Y Y.3D laser scanning technology and its application in measurement［J］.Value Engin，2012（15）：209.

［2］ 李暉，吳祿慎.三維激光掃描技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用［J］.南昌大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版，2007，9（3）：240-241. LI H，WU L S.Application of 3D laser scan technology in virtual reality［J］.J Nanchang Univ：Engin Tech，2007，9（3）：240-241.

［3］ 王婷.文物真三維數(shù)字建模技術(shù)在秦始皇兵馬俑博物館中的應(yīng)用——以一號(hào)坑陶俑為例［J］.文物保護(hù)與考古科學(xué)，2012（4）：103-108. WANG T.Application of 3D digital modeling technology to cultural relics in the Museum of the Terra-Cotta Warriors and Horses of Qin Shihuang：Case study on terra-cotta warriors in Pit No.1［J］.Sci Conserv Arch，2012（4）：103-108.

［4］ 熊友誼，馮志新，陳穎彪，等.利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化建模技術(shù)研究［J］.測(cè)繪通報(bào)，2012（5）：20-23. XIONG Y Y，F(xiàn)ENG Z X，CHEN Y B，et al.Research on technology of three-dimensional visual modeling based on point cloud data［J］.Bull Surv Mapp，2012（5）：20-23.

［5］ 吳靜，靳奉祥，王健.基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的建筑物三維建模［J］.測(cè)繪工程，2007，16（5）：57-60. WU J，JIN F X，WANG J.Three dimension modeling of buildings based on three dimension laser scanner data［J］.Engin Surv Mapp，2007，16（5）：57-60.

［6］ 陳耀華，楊柳，顏思琦.分散型村落遺產(chǎn)的保護(hù)利用——以開(kāi)平碉樓與村落為例［J］.地理研究，2013，32（2）：369-379. CHEN Y H，YANG L，YAN S Q.The protection and development of the world heritage of scattered-type villages：Taking Kaiping Diaolou and villages as an example［J］.Geogr Res，2013，32（2）：369-379.

［7］ 周大偉，吳侃，周鳴，等.地面三維激光掃描與RTK相結(jié)合建立開(kāi)采沉陷觀測(cè)站［J］.測(cè)繪科學(xué)，2011（3）：79-81. ZHOU D W，WU K，ZHOU M，et al.Establishing mining subsidence observation station by combining terrestrial 3D laser scanning technology with RTK［J］.Sci Surv Mapp，2011（3）：79-81.

［8］ 丁延輝，邱冬煒，王鳳利，等.基于地面三維激光掃描數(shù)據(jù)的建筑物三維模型重建［J］.測(cè)繪通報(bào)，2010（3）：55-57. DING Y H，QIU D W，WANG F L，et al.Building three-dimensional model reconstruction based on terrestrial 3D laser scanning data［J］.Bulletin Surv Mapp，2010（3）：55-57.

［9］ 鄧非，張祖勛，張劍清.利用激光掃描和數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行古建筑三維重建研究［J］.測(cè)繪科學(xué)，2007，32（2）：29-30. DENG F，ZHANG Z X，ZHANG J Q.3D reconstruction of old architecture by laser scanner and digital camera［J］.Sci Surv Mapp，2007，32（2）：29-30.

［10］徐進(jìn)軍，張毅，王海成.基于地面三維激光掃描技術(shù)的路面測(cè)量與數(shù)據(jù)處理［J］.測(cè)繪通報(bào)，2011（11）：34-36. XU J J，ZHANG Y，WANG H C.Road surface surveying and data processing by 3D TLS［J］.Bull Surv Mapp，2011（11）：34-36.

［11］劉旭春，丁延輝.三維激光掃描技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪工程，2006（1）：48-49. LIU X C，DING Y H.Discussing the application of 3D laser scan technology in old architecture［J］.Engin Surv Mapp，2006（1）：48-49.

［12］陳述彭.數(shù)字地球百問(wèn)［M］.北京：科學(xué)出版社，1999. CHEN S P.The 100 questions of digital earth［M］.Beijing：Science Press，1999.

The application of 3D laser scanning technology in Kaiping Watchtowers

XIE Jin-peng，CHEN Yin-biao，QIAN Qing-lan，HAN Fu-zhuang
（School of Geographical Sciences，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China）

In recent years，3D laser scanning technology with scanning speed，high precision provides a powerful technical means to obtain three-dimensional information space.By studying the three-dimensional laser scanning technology in the world cultural heritage Kaiping from point cloud data preprocessing to how to complete the process of quick modeling，a detailed analysis was carried out，and this paper compares the new technology with traditional measurement techniques.The results show that three-dimensional laser scanning technology has great significance to measure the amount of ancient architecture，providing powerful data support and technical support for the restoration and exhibition of ancient architecture protection and achieve the true proportions of the three-dimensional virtual simulation results.

point cloud data；image reconstruction；protection of ancient architecture；Kaiping Watchtowers

P 208

A

【責(zé)任編輯：陳 鋼】

1671-4229（2015）01-0076-06

2014－09－24；

2014－10－22

國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助課題（2012BAH32B03）；教育部人文社科規(guī)劃基金資助項(xiàng)目（11YJAZH016）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科

學(xué)技術(shù)資助項(xiàng)目（2012-K8-42）

謝錦鵬（1990－），男，碩士研究生.E-mail：gzxjp90＠163.com

*通信作者.E-mail：gzhuchenyb＠126.com.