如巴黎圣母院这样的历史建筑，以文明为依托矗立千百年。而今，当自然侵蚀或人为因素造成的破坏袭来时，地理空间数据往往最有可能使它们再现昔日的辉煌。

随着3D数字化技术在古建筑修复中变得越来越有价值，测量与点云的技术因素将变得更为重要。今天，我们会通过项目的扫描站点设置、仪器本身的特性以及工程案例的介绍来总结整理一下近些年来三维激光扫描技术的进步为古建修复带来了哪些更好的支持和帮助。

地理空间数据助力世界著名教堂的复兴

2019年巴黎圣母院的那场大火震惊了世界，从那一刻起，巴黎圣母院的建筑结构将被多次扫描，并与过去的扫描进行比较，以准确确认损害程度、细节和结构的稳定性。通过三维激光扫描得到的点云将用来支持整个修复的生命周期，其中包括：了解如何处理现场的损毁，确定如何支持围绕现有体系结构的工作，对现存的结构进行复制或建造新的构件等，最终为整体修复项目的决策提供可靠信息。

这个项目得益于任用了熟练掌握古迹修复最佳工作流程的测量公司。这些专业公司通常拥有专业系统的技术团队，包括测量员、扫描技术人员和专业修复人员等，这些人员在历史建筑材料科学和技术方面受过专业培训并且有着丰富的经验。

仪器性能和扫描设置对整体修复工作的支持

巴黎圣母院的修复个案也为那些没有数字化记录的历史建筑遗迹敲响了警钟，在灾难来袭或自然因素侵蚀其光彩之前，用点云将它们记录保存下来是非常有必要的。

考虑到这一点，让我们在这里深度探讨一下古建筑修复中数据获取这一方面内外业的测量配备，以及数字化记录的流程设置：

对于中小型场景的扫描:可使用一台或多台三维激光扫描仪，具体配置取决于项目的大小、预算以及工期紧迫程度。整体方案可能包括三维激光扫描仪、全站仪、测量三脚架、电池和数据存储器。此外，推荐可选的配置有黑白或球型标靶、测量棱镜，以及用于高质量成像的外置相机和全景镜头。

对于较大的场景: 除了上述提到的仪器设备以外，还需配备黑白或球形标靶及测量棱镜。现场如果不用扫描型全站仪，则需要单独配置一台全站仪或GNSS 接收机来建立控制网，这是覆盖整个扫描场景的精度基础，可以用来作为所有扫描的参考，以确保整体扫描的精度。

如需持续监控建筑物的关键位置: 我们还需要一个，或更多情况下，需要将多个高精度全站仪安装在稳定的永久观测墩上并进行7×24小时自动观测。此配置还应包括安装在建筑物关键要素上的多个监测棱镜，用于提供观测站点与监控控制中心之间的连续连接的监测控制器以及实时监控软件。

技术揭示更多细节

诸如屋顶这种部位如果无法被直接测量，可以扫描一些掉落的部分构件，通过虚拟定位拼接来确认真正缺失的要素，并了解其如何被损毁的。

点云中一个需要重点考虑的因素是照片纹理，或向点云或网格添加颜色和纹理，以添加丰富的视觉细节。要获得照片纹理，有两种选择：一种是三维激光扫描仪的内置相机，这种方式因其以简便和高效的特点而最常被选择; 另一种是外置高端相机和全景镜头，这种方式常用于更专业的，对高质量成像有需求的项目。

使用三维模型

进行古迹修复的三个案例

01

修复的承诺

圣西蒙教堂

阿勒波，叙利亚

位于叙利亚北部的圣西蒙教堂其历史可追溯到五世纪，此前已被扫描保存，2016年因火箭弹袭击导致教堂被部分摧毁。如果某天教堂的修复工作被提上日程，扫描数据可以用作建筑的历史记录，这让它们非常具有价值。

根据2011年在国际摄影测量、遥感和空间信息科学档案馆发表的一篇文章，圣西蒙教堂数字化测量的工作从2003年就已经开始了。这篇文章由M.库尔迪，J-L.比斯科普， L. 德卢卡和M.弗洛伦扎诺共同发表，包括描述由伊夫埃格尔斯，ENSG，2004年在圣西蒙教堂测量现场所做的工作。圣西蒙教堂是由四个十字形的长方形教堂围绕着一个八角形的鼓组成的，而鼓的中心则是圣西蒙修道僧曾经生活和传道了四十年的著名的柱子。

02

复兴文化地标

六和塔

杭州，中国

位于杭州的六和塔有着悠久的历史文化传统，最早可追溯到公元970年。这座13层高的八角形建筑，千年来历尽沧海桑田，其中涵盖了1121年被战争摧毁以及到1165年的全面重建。经过清末的系统修缮，时至今日，95%的木制结构主体被完好的保存下来。

2013年，景区管理部门开始对六和塔进行第四次大修和翻新。为了保存建筑完整、真实的外观，业主委托天宝合作伙伴对塔体内外进行了历时半年的完整扫描，以便逐一修复缺失的构件。整个项目使用三维扫描仪共扫描了527个测站，原始点云数据量达到363 GB，共收集了230.3亿个三维点信息。

03

重建宝藏

肯内科特矿址

阿拉斯加，美国

Kennecott Mines肯内科特矿址位于美国阿拉斯加东部，1987 年被宣布为美国国家历史地标。当国家公园管理局（NPS）在1998年收购肯内科特后，便开启了对该遗址的保护计划，并决定在将近80年的荒废之后，重新加固和修复此建筑。

考古工作者一直在努力绘制该遗址的地图，但到2018 年，NPS 开始收集更多的数据，作为修复加固磨坊上层七层项目的一部分，并发现 2000 年的数据缺乏细节和准确性。为了提供必需的精度，该项目引入了三维激光扫描技术。项目历时三天，技术人员为业主提供了一个包含所有点云、图像和测量数据的Trimble Business Center数据集。

便捷操作让大众更容易接受

虽然制造商正在努力简化完成单个扫描的过程，但像大教堂这样的完整项目仍然需要高水平的专业知识。更加智能的配准程序或以更准确的方式合并扫描是简化大型扫描工程项目的剩余难题之一。

最初发展起来的外业扫描预配准只是朝着这个明确方向迈出的半步，在内业仍需进一步处理和验证。为了真正使扫描变得简单，项目最好能在现场扫描完成时就得到整体的项目点云。现场的全自动配准对这个需求带来了质的改进，它可以实现现场扫描的高精度自动配准、点云着色、生成标准的拼接报告并导出多种特定格式的整体点云。就此而言，这项技术的出现改变了三维激光扫描整体工作流程中外业扫描与点云配准的游戏规则。

成熟的技术为用户带来更大的便利

三维激光扫描技术自20世纪80年代末开始兴起并持续发展，到现在已经走过了一段漫长的道路，三维扫描仪在性能、尺寸、重量和工作效率上都有了很大的进步，拥有成本也随之降低很多。

然而，与其他光学测量仪器（如水准仪、经纬仪或全站仪）相比，三维激光扫描技术还并没有那么成熟。大多数制造商仍然建议用户手上的仪器设备能够每年进行校准，来保持标称的精度指标。标准保修期一般只有一年，相比较而言，所有其他光学仪器一般则提供两年保修。天宝最新发布的X7三维扫描仪凭借出色的自动校准技术、测量级自动整平技术以及现场全自动配准功能，解决了用户以前在三维激光扫描上面临的种种难题。

随着这种功能性的增强，外业测量人员不必一定是一位扫描专家，也能受益于该技术，这使他们能够将精力分配到新的方向，如古迹修复等技能。

随着三维激光扫描技术的不断成熟，类似于光学仪器此前的长足发展，我们将看到这一神奇技术的更广泛应用。每项创新都使得精确的三维扫描数据获取变得更容易、更快速，进而实现高质量成果的交付。