宋奇鴻，余凌燕

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

建成30年以上且未公布為文物保護(hù)單位，也未登記為不可移動(dòng)文物的建(構(gòu))筑物，符合一定情形的，可以確定為歷史建筑[1]。廣州是有著兩千多年歷史的中國(guó)歷史文化名城，天河區(qū)是廣州市新城市中心區(qū)，是廣州市東進(jìn)軸與南拓軸交匯點(diǎn)，在長(zhǎng)期的城市發(fā)展過(guò)程中，留下了許多優(yōu)秀的城市建筑。為發(fā)掘有價(jià)值的歷史文化遺存，采取積極措施加以保護(hù)，防止出現(xiàn)歷史文化遺存被破壞事件，天河區(qū)對(duì)轄區(qū)內(nèi)所有“已批未建”地塊范圍的歷史文化遺存進(jìn)行“地毯式”核查。

考慮到核查工作量巨大，為提高工作效率，應(yīng)充分利用現(xiàn)有地理信息檔案數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)外的歷史建筑普查研究更多地集中在規(guī)劃方面，如建筑評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與分級(jí)、認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)的討論等[2]。而測(cè)量技術(shù)的具體運(yùn)用與實(shí)踐，尤其是測(cè)量技術(shù)路線的研究則鮮見其蹤。本文主要以此為研究背景，梳理和探討了以影像變化檢測(cè)技術(shù)和地面LiDAR技術(shù)為基礎(chǔ)的歷史建筑普查和模型數(shù)據(jù)建庫(kù)技術(shù)路線，并對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。

2 總體技術(shù)路線研究

針對(duì)30年樓齡的基本普查要求，采用1978年版 1∶2 000地形圖為基礎(chǔ)資料，通過(guò)變化檢測(cè)，將1978年地形圖與2010年地形圖進(jìn)行疊置、檢索和判讀，能快速得到樓齡超過(guò)30年的建筑位置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)、補(bǔ)充、調(diào)查登記，以保證歷史建筑線索核查的完整性。此外，考慮到歷史建筑的重要性和不可恢復(fù)性以及傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)在歷史建筑和文物保護(hù)方面的局限性，對(duì)于判定的重要?dú)v史建筑，采用三維激光掃描技術(shù)，提供全息數(shù)字三維真實(shí)模型，并建立GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，確保歷史建筑及文物在受到人為因素或自然因素的破壞后，為還原、維修和恢復(fù)提供最精確的資料和依據(jù)。路線如圖1所示。

圖1 天河區(qū)歷史建筑普查總體技術(shù)路線

2.1 確定1978年建成區(qū)

天河區(qū)行政管轄137.38 km2[3]，涉及 1∶2 000地形圖逾202幅。1978年版 1∶2 000地形圖只有掃描文件存檔，為保證歷史建筑位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)便于與現(xiàn)狀矢量化地形圖進(jìn)行比對(duì)，首先利用我院EPS電子平臺(tái)對(duì)掃描圖逐幅進(jìn)行位置校正和拼接，在此基礎(chǔ)上導(dǎo)入天河區(qū)行政界線，并根據(jù)建筑分布大致確定1978年建成區(qū)范圍，如圖2所示。

圖2 早期建成區(qū)范圍確定示意圖

2.2 已批規(guī)劃用地篩選

經(jīng)核查，天河區(qū)成立至今已批規(guī)劃用地 3 684宗，總批地面積約 66 km2；將市規(guī)劃局GIS平臺(tái)用地紅線數(shù)據(jù)疊加到上圖，得到處于78年建成區(qū)范圍內(nèi)的用地共 1 620宗，涉及總面積 31.4 km2。除去已經(jīng)核查的“2+3+9”平臺(tái)[4]范圍，剔除100 m2以下、已建小區(qū)、道路、禁止測(cè)量、空地等范圍，另外再剔除(已經(jīng)主動(dòng)申報(bào)地塊內(nèi)疑似歷史建筑，并由相關(guān)專家完成判定工作的)華南理工大學(xué)、中鐵現(xiàn)代物流配送中心等2個(gè)地塊，最終確定需詳細(xì)普查的地塊有105宗，面積 3.9 km2。

2.3 疊置分析提取疑似歷史建筑線索

在天河區(qū)105宗用地上疊加1978年版和2010年版地形圖進(jìn)行檢索、判讀和分析，如圖3所示，得到同時(shí)存在于兩個(gè)版本地形圖上的建、構(gòu)筑物，初步可以作為普查候選目標(biāo)，也即保存30年以上的疑似歷史建筑，如圖3～圖5所示。

圖3 1978基礎(chǔ)地形圖

圖4 2010年地形圖變化檢測(cè)判讀

圖5 疑似歷史建筑線索分布圖

2.4 疑似建筑線索現(xiàn)場(chǎng)核查與現(xiàn)狀測(cè)量

(1)現(xiàn)場(chǎng)核查與GIS屬性調(diào)查

對(duì)標(biāo)定的疑似歷史建筑線索進(jìn)行建筑周邊環(huán)境、建筑總體樣式、建筑立面、建筑細(xì)節(jié)特寫等取照和GIS屬性調(diào)查，錄入建筑名稱、建筑地址、建設(shè)年代、使用用途、歷史典籍以及有無(wú)新的疑似歷史建筑線索等。同時(shí)對(duì)周圍其他未作內(nèi)業(yè)標(biāo)定的建、構(gòu)筑物進(jìn)行排漏，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照片、外業(yè)圖表進(jìn)行分類整理，制作相應(yīng)地形圖、衛(wèi)星影像圖圖示，統(tǒng)計(jì)得到《廣州市歷史建筑普查成果錄入用表》，如表1所示。

天河區(qū)(已批未建地塊)歷史建筑線索統(tǒng)計(jì)表 表1

《廣州市歷史建筑普查成果錄入用表》示例(部分)

(2)現(xiàn)狀測(cè)量

歷史建筑現(xiàn)狀測(cè)量通常利用GPS、全站儀、測(cè)距儀等完成平面及四至關(guān)系、立面或剖面特征點(diǎn)的位置以及相應(yīng)特征線距離(如圖6所示)，進(jìn)而利用古建筑設(shè)計(jì)和現(xiàn)狀的幾何關(guān)系繪出線性特征圖，得到歷史建筑的平面位置關(guān)系圖數(shù)據(jù)。

圖6 立面特征點(diǎn)測(cè)量

數(shù)據(jù)匯總并提交相關(guān)建筑學(xué)專家研判后，對(duì)各文化遺產(chǎn)線索應(yīng)作詳細(xì)性情況描述，并提供周邊現(xiàn)狀地形圖，如圖7所示(以丁穎舊居為例)。

圖7 丁穎舊居文化遺產(chǎn)線索詳細(xì)性描述

2.5 重要?dú)v史建筑線索三維掃描歸檔

采用GZCORS-RTK布設(shè)高精度的控制網(wǎng)，獲取高精度的控制點(diǎn)坐標(biāo)并轉(zhuǎn)換為1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)，將平面及高程分別進(jìn)行平差計(jì)算，以獲得高精度的靶標(biāo)點(diǎn)位，并為后續(xù)的配準(zhǔn)提供精確的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。為了能夠準(zhǔn)確地提取靶標(biāo)中心點(diǎn)，也應(yīng)對(duì)靶標(biāo)分別采取了較高分辨率的掃描。采用全站儀測(cè)量靶標(biāo)，以獲取其在控制網(wǎng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

(1)點(diǎn)云去噪與補(bǔ)洞

采集的原始數(shù)據(jù)，含有較大的噪聲，可以先在掃描儀自帶的軟件內(nèi)進(jìn)行粗略的去噪，然后在Geomagic Studio等軟件中進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化。點(diǎn)云的補(bǔ)洞也在Geomagic Studio中進(jìn)行，生成網(wǎng)格模型后，Geomagic Studio能夠自動(dòng)識(shí)別模型的孔洞，運(yùn)用手工的方法進(jìn)行補(bǔ)齊。

(2)各站拼接檢查

點(diǎn)云去噪和補(bǔ)洞之后，即可開始配準(zhǔn)。靶標(biāo)齊全的點(diǎn)云，使用控制點(diǎn)配準(zhǔn)，將點(diǎn)云配準(zhǔn)到控制網(wǎng)坐標(biāo)系下；靶標(biāo)缺失的點(diǎn)云，利用公共區(qū)域?qū)ふ彝c(diǎn)對(duì)其進(jìn)行兩兩配準(zhǔn)，當(dāng)同名點(diǎn)對(duì)不能找到時(shí)，利用人工配準(zhǔn)法。這兩種方法均為兩兩配準(zhǔn)，為了將所有點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的控制網(wǎng)坐標(biāo)系下，并與控制點(diǎn)配準(zhǔn)法得到的點(diǎn)云接合在一起，兩兩配準(zhǔn)時(shí)要求其中一站必須為已經(jīng)配到控制網(wǎng)坐標(biāo)系下的點(diǎn)云。

(3)表面重建

點(diǎn)云的表面重建在Geomagic Studio中通過(guò)生成準(zhǔn)確的三角網(wǎng)模型完成。由于點(diǎn)云本身的離散性，會(huì)導(dǎo)致模型存在一定缺陷，需要在多邊形階段對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)、調(diào)整等操作后，才能得到準(zhǔn)確的實(shí)物數(shù)字模型，如圖8所示。

圖8點(diǎn)云數(shù)據(jù)表面重構(gòu)建模

3 結(jié) 語(yǔ)

歷史建筑普查涉及專業(yè)跨度大，普查范圍廣，測(cè)量難度大，歷史建筑物數(shù)量多，分布分散等諸多棘手問(wèn)題。本文探討采用建筑、測(cè)量、遙感和GIS多專業(yè)融合，內(nèi)業(yè)排查、檢索、判讀、GIS調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪等多手段聯(lián)合的模式，多技術(shù)的普查成果互為補(bǔ)充，摸索設(shè)計(jì)出基于變化檢測(cè)技術(shù)和地面LiDAR的重要?dú)v史建筑線索普查路線：即通過(guò)多時(shí)相、多源地圖數(shù)據(jù)疊置分析，先內(nèi)后外的變化檢測(cè)技術(shù)代替人工盲目篩選，大大提高了準(zhǔn)確性和作業(yè)效率，基于地面LiDAR技術(shù)對(duì)重要線索進(jìn)行掃描、建模歸檔，為歷史建筑的保護(hù)和修復(fù)提供了精確的資料數(shù)據(jù)，對(duì)同類普查項(xiàng)目具有一定的示范意義。

[1] 廣州市政府. 廣州市歷史建筑和歷史風(fēng)貌區(qū)保護(hù)辦法[S].

[2] 董菲，袁諾亞，羅潔斯等. 武漢市歷史鎮(zhèn)村保護(hù)性建筑普查方法[J]. 規(guī)劃師，2016(32).

[3] 評(píng)論員. 咬緊“2+3+9”重大發(fā)展平臺(tái)建設(shè)不放松[N]. 廣州日?qǐng)?bào)，2013-8-6(A2).

[4] 劉先覺(jué)，陳澤成. 澳門1900年前重要建筑普查研究報(bào)告[J]. 華中建筑，2002(6)：63～78.

[5] 賀軍政. 利用ArcGIS制作建筑普查成果圖冊(cè)[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2010(4)：109～111.

[6] 李琳琳，謝偉秋，劉鋒. 歷史建筑和歷史風(fēng)貌區(qū)普查成果的質(zhì)檢技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2016(2)：180～182.

[7] 李琳琳，謝偉秋，劉鋒. 歷史建筑和歷史風(fēng)貌區(qū)普查成果的質(zhì)檢技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2016(2)：180～182.

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