基于三维激光扫描技术的传统建筑测绘案例与图解

登古城、访书院、寻文脉……党的十八大以来，习近平总书记对于探寻中华文明、守护中华文化始终饱含深情。2014 年2 月25 日，习近平总书记在首都北京考察工作时强调，“历史文化是城市的灵魂，要像爱惜自己的生命一样保护好城市历史文化遗产。” 
传统建筑承载着不可再生的历史信息和宝贵的文化资源，将其保护好也就是保存了城市的文脉，保存了历史文化名城无形的优良传统，具有重要的历史价值。
为贯彻落实习近平总书记关于文化遗产保护的重要指示精神，落实国家和各省关于开展历史建筑测绘建档三年行动计划的工作要求，全面推进传统建筑数字化测绘工作，有利于保护城乡历史文化遗存，延续城乡历史文化脉络，保护中华文化基因，促进城乡高质量发展。另外，传统建筑测绘是建筑历史与理论研究和传统建筑保护的重要基础，也是测绘科学与技术水平提升和应用推广的重要领域。正是基于此，作者带领团队多年以来紧紧围绕传统建筑数字化保护需求、测绘新技术应用等方面开展理论、方法研究工作，并结合工程案例进行技术攻关，建立了一些传统建筑测绘的技术体系与方法。本书系统地阐述了作者及其团队在三维激光扫描技术、传统建筑测绘等领域的研究积累，尤其是传统建筑点云数据采集、处理以及数字化成图等方面的研究成果，尽可能梳理基于三维激光扫描技术开展的传统建筑测绘与制图技术以及知识体系，为研究人员、教师、本科生、研究生等相关人员提供有益的参考与借鉴。
作者撰写本书时，较为全面地梳理了国内外最近的三维激光扫描技术、传统建筑测绘研究进展与成果，力争做到内容新颖、通俗易懂。本书内容共8 章，各章内容相对独立，同时具有内在的逻辑和关联，使得全书整体不失系统性。第1、2、7、8 章主要由施贵刚、谢益炳、魏旭负责编写，第3 章主要由杨琪、徐钦国编写，第4 ～ 6 章主要由裴媛媛、钟杰、左光之编写。
安徽建筑大学的金乃玲、贾尚宏、刘仁义、孙静、高旭光、廖振修，广州市城市规划勘测设计研究院的王峰，中铁四局集团有限公司的杨琪、徐钦国、刘叶伟，华汇工程设计集团的谢益炳，上海沪敖信息科技有限公司的崔云峰、黄辉等参与撰写了书中的部分章节，或提供有益建议或提供重要资料，在此表示由衷感谢。
本书相关工作的完成得到如下项目或研究平台的资助或帮助：安徽省高校省级自然科学研究重大项目“空地一体数字化测绘新技术应用研究——以金寨县传统村落与建筑遗存调查为例（编号：KJ2019ZD53）”；安徽省住房城乡建设科学技术计划项目“基于BDS3/LiDAR 的桥梁变形监测关键技术研究（编号：2021-YF17）”；安徽省乡村振兴研究院；中国中铁四局集团有限公司；安徽省高校省级自然科学研究项目“‘乡村大脑’智慧平台关键技术研究（编号：KJ2020A0457）”。
鉴于作者的专业水平和实践经验有限，书中难免有不当之处，还请广大读者和同行专家批评指正。

施贵刚　
2023 年11 月

施贵刚
安徽建筑大学教授，博士，研究生导师。
中国测绘学会教育工作委员会委员，国际数字地球学会中国国家委员会激光雷达专业委员会委员，中国民族建筑研究会会员。研究方向为摄影测量与遥感，主要从事激光雷达、空间信息处理、历史建筑数智化等方面的研究，以及相关技术应用推广工作。主持或参与完成国家科技支撑计划、国家自然科学基金、国防科工委、安徽省教育厅、安徽省科技厅、市县政府委托等多项重要项目，发表学术论文18篇，获授权发明专利5项、软件著作权6项，获省科技进步一等奖、三等奖各1项，市科技进步一等奖1项，行业学会科技进步一等奖1项。

本书围绕传统建筑测绘方法、传统建筑测绘内容、三维激光扫描技术、基于点云数据传统建筑平、立、剖面图制作等方面，结合工程案例，进行了系统性阐述，为传统建筑数字化建档和点云数据工程化应用提供理论与方法的指导，是基于三维激光扫描技术开展传统建筑测绘方面比较系统性的专著。
本书可作为测绘、地理信息、遥感科学、建筑遗产数字化等领域本科生、研究生参考教材，也可作为高校、研究机构、高科技企业等研究人员或业余爱好者的参考用书。

第1章　绪论 1
1.1　传统建筑测绘概述1 
1.1.1　传统建筑测绘意义1
1.1.2　传统建筑状况分析3
1.1.3　建筑测绘技术发展历程8
1.2　传统建筑测绘类别与层次10
1.2.1　传统建筑类型10 
1.2.2　传统建筑测绘层次10
1.3　传统建筑测绘内容和方法11
1.3.1　传统建筑测绘内容11
1.3.2　传统建筑测绘方法11
1.4　传统建筑测绘新技术16
1.4.1　三维激光扫描技术16
1.4.2　倾斜摄影测量技术18
1.4.3　空地一体测绘技术19
1.5　传统建筑三维激光扫描技术应用研究19 

第2章　三维激光扫描技术 24
2.1　概念及分类24 
2.1.1　激光雷达简介24 
2.1.2　激光雷达分类25 
2.2　三维激光扫描测量设备29
2.3　三维激光扫描测量原理30
2.3.1　三维激光扫描仪基本构造31 
2.3.2　三维激光扫描仪测量原理31 
2.3.3　仪器驱动与数据处理软件33 
2.4　三维激光扫描作业方法34
2.4.1　外业数据采集34 
2.4.2　内业数据处理37 
2.4.3　质量控制40 
2.4.4　成果归档40 

第3章　点云数据处理关键技术 41
3.1　点云数据概述41 
3.2　点云数据类别与文件组织42
3.2.1　点云数据类别42 
3.2.2　点云数据文件组织44
3.3　点云数据去噪45
3.3.1　点云数据的噪声来源45
3.3.2　点云数据的噪声类别46
3.3.3　点云数据去噪国内外研究46 
3.3.4　点云数据去噪技术49
3.4　点云数据配准59 
3.4.1　点云数据配准的基础原理60 
3.4.2　点云数据配准方法分类61
3.4.3　点云数据配准技术国内外研究63 
3.4.4　点云数据配准技术66
3.5　点云数据的精简80 
3.5.1　点云数据精简原理与方法分类80 
3.5.2　点云数据精简技术国内外研究81 
3.5.3　点云数据精简技术85
3.6　点云数据分类分割95 
3.6.1　点云数据分类分割方法类别96 
3.6.2　点云数据分类分割技术国内外研究96 
3.6.3　点云数据分类分割技术99
3.7　点云数据特征提取103 
3.7.1　点云数据特征提取方法类别103 
3.7.2　点云数据特征提取国内外研究104
3.7.3　点云数据特征提取技术106 
3.8　基于点云数据三维建模111 
3.8.1　基于点云数据三维建模方法类别112 
3.8.2　基于点云数据三维建模国内外研究112 
3.8.3　基于点云数据三维建模技术114 

第4章　传统建筑测绘内容 117
4.1　传统建筑分类117 
4.2　传统建筑构造知识119 
4.2.1　单体传统建筑的基本构成特征119 
4.2.2　装饰123 
4.2.3　传统建筑布局124 
4.3　传统建筑测绘内容及图纸表达125 
4.3.1　总平面125 
4.3.2　平面128 
4.3.3　立面130 
4.3.4　剖面133 
4.3.5　俯视图136 
4.3.6　仰视图136 
4.3.7　建筑详图137 
4.3.8　附属文物139 

第5章　传统建筑测绘 140
5.1　测绘目的及内容确定140 
5.2　传统建筑测绘技术设计141 
5.2.1　技术设计依据141 
5.2.2　技术设计原则141 
5.2.3　技术设计142 
5.3　传统建筑测绘前的准备工作145 
5.4　基于三维激光扫描技术传统建筑测绘148 
5.4.1　控制测量148 
5.4.2　草图绘制152 
5.4.3　靶标与扫描站点布设154 
5.4.4　点云数据扫描测绘157 

第6章　传统建筑测绘制图标准 169
6.1　制图标准170 
6.1.1　制图比例要求170 
6.1.2　制图内容要求170 
6.1.3　计算机制图要求174 
6.2　测绘内容转化CAD180 
6.2.1　现状正射点云图转化CAD181 
6.2.2　三维模型转化CAD182 
6.2.3　BIM模型转化CAD183 
6.2.4　深度学习转化CAD185 
6.3　制图方法185 
6.3.1　制图基础185 
6.3.2　点云切片与旋转186 
6.3.3　平立剖绘制187 

第7章　传统建筑测绘案例与制图 189
7.1　皖西某传统民宅建筑测绘与图纸制作189 
7.1.1　皖西某传统民宅建筑测绘任务189 
7.1.2　三维激光扫描测绘189 
7.1.3　电子图纸制作196 
7.2　皖西某传统建筑平立剖图生成213 
7.2.1　某地邓氏宗祠213 
7.2.2　某传统民居群217 
7.2.3　某凉亭225 

第8章　总结与展望 231

参考文献 235