近年來，文物古建的保護(hù)開始采用一些先進(jìn)的地理信息技術(shù)。據(jù)北京拓普康商貿(mào)有限公司測量事業(yè)本部副本部長姜來想介紹，通過地理信息技術(shù)可以快速實現(xiàn)古建筑的數(shù)字化管理，并且可以實現(xiàn)以前無法實現(xiàn)的詳細(xì)分析、推理、反演、網(wǎng)上旅游等功能。地理信息技術(shù)的應(yīng)用在文物古建的維修中可實現(xiàn)快速的修復(fù)和重建，對于文物古建的保護(hù)具有很重要的意義。
山重水復(fù)，技術(shù)探路
“蘇格蘭十大世界文化遺產(chǎn)項目”是一項為期五年的宏偉計劃，它采取各種尖端技術(shù)包括地理信息技術(shù)，為蘇格蘭境內(nèi)五處聯(lián)合國教科文組織指定的世界文化遺址，以及其他國家的五處世界文化遺址創(chuàng)建極其精確的數(shù)字模型，以便進(jìn)行更好的保存和管理。
此項目由蘇格蘭的歷史遺跡管理機(jī)構(gòu)蘇格蘭文物局及其合作伙伴格拉斯哥藝術(shù)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)，作為這兩家機(jī)構(gòu)的合資企業(yè)“數(shù)字文檔及可視化中心有限責(zé)任合伙公司”管理下的項目，“蘇格蘭十大世界文化遺產(chǎn)項目”將創(chuàng)建各個歷史遺跡的數(shù)字文檔，用于世界級的創(chuàng)新研究、教育和管理的未來發(fā)展。
2011年3月，中國國家文物局與蘇格蘭文物局共同簽署了《關(guān)于合作開展蘇格蘭十大世界文化遺產(chǎn)項目之河北省清東陵數(shù)字記錄工作的聯(lián)合聲明》。蘇格蘭十項目清東陵數(shù)字保護(hù)項目正式設(shè)立，開始了前期的測量籌備工作。
2012年7月拓普康(北京)科技發(fā)展有限公司接到了來自“蘇格蘭十項目”的合作意向，就清東陵數(shù)字保護(hù)項目進(jìn)行合作。這是一通輾轉(zhuǎn)美國而來的電話，“蘇格蘭十項目”尋找有動態(tài)三維掃描能力的廠商，拓普康進(jìn)入了他們的視野。
在此之前，“蘇格蘭十項目”方面已經(jīng)在制訂清東陵數(shù)字保護(hù)項目實際測量方案方面做了大量的工作。在通常的項目中一般都是使用航拍以及靜態(tài)三維掃描。然而在中國，航拍受政策、資質(zhì)以及氣候等各種因素影響導(dǎo)致實施周期不易控制，且數(shù)據(jù)精度較低。靜態(tài)三維掃描工作效率較低，所耗費(fèi)時間較長，容易造成項目實施周期過長。作為項目負(fù)責(zé)人的林?威爾森博士十分苦惱。
這個時候，林?威爾森博士開始注意到拓普康的移動測量系統(tǒng)，頓時愁眉舒展。拓普康IP-S2移動測量系統(tǒng)能夠解決多維空間信息采集的瓶頸問題，采用衛(wèi)星定位、慣導(dǎo)測量等融合定位方式，利用集成的360°相機(jī)和多重激光掃描設(shè)備，可以快速地提供精確的多元數(shù)據(jù)流，并且可在線進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，因此可節(jié)省大量的人力物力。
移動測量，“就是快”
移動激光測量技術(shù)是目前世界上較為先進(jìn)的測繪手段，其傳感器可以分為兩類: 用于導(dǎo)航定位的航向或距離傳感器( 如GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)( IMU) 、里程計等) 和用于掃描或攝影成像的傳感器( 如線/面陣CCD、激光掃描儀等) 。車載激光掃描系統(tǒng)是在垂直于行駛方向做二維掃描，以汽車行駛方向作為運(yùn)動維，構(gòu)成三維掃描系統(tǒng)，其所獲得的數(shù)據(jù)是由全離散的矢量距離點(diǎn)構(gòu)成的“點(diǎn)云”，每一個像素包含一個距離值和一個角度值。如此可實現(xiàn)傳感儀器放在車輛上，通過駕駛車輛進(jìn)行測量，即可高精度地三維測量行走路線周邊的建筑物和路面情況。移動激光掃描系統(tǒng)以其快速、大面積測量、獲取海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，被越來越廣泛地應(yīng)用在古建維護(hù)的工作中。
2012年11月9日，中國國家文物局和蘇格蘭文物局有關(guān)清東陵數(shù)字保存項目新聞發(fā)布會在清東陵舉行，正式揭開了清東陵數(shù)字保存項目的序幕。清東陵數(shù)字保存項目是清東陵首個對外合作項目。受“蘇格蘭十項目”的委托，積極響應(yīng)中國國家文物局和蘇格蘭文物局有關(guān)清東陵數(shù)字保存項目的倡議，拓普康(北京)科技發(fā)展有限公司營業(yè)部副總經(jīng)理陳新先生帶領(lǐng)移動測量系統(tǒng)IP-S2團(tuán)隊，于11月20日來到國家重點(diǎn)文物保護(hù)單位清東陵，與正在現(xiàn)場工作的“蘇格蘭十項目”小組成員會面，配合該項目小組完成清東陵中部分景觀的數(shù)字掃描工作。
根據(jù)此前協(xié)議，蘇方工作組將與中方專家一同利用三維掃描及數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)對清東陵的孝陵、景陵進(jìn)行數(shù)字掃描，建立起三維立體精細(xì)數(shù)字模型，經(jīng)后期處理后，公眾即可在網(wǎng)上觀看到清東陵的三維數(shù)字模型。該項目負(fù)責(zé)人林?威爾森博士給拓普康IP-S2團(tuán)隊介紹了蘇格蘭十項目和清東陵的項目情況，使該團(tuán)隊對項目和拓普康公司的工作任務(wù)有了初步的了解。
拓普康公司的任務(wù)是使用拓普康移動測量系統(tǒng)IP-S2完成清東陵中景陵和孝陵景區(qū)的數(shù)字掃描工作，提交原始數(shù)據(jù)及經(jīng)過處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在蘇格蘭方面的指引下，拓普康對掃描現(xiàn)場進(jìn)行實地考察，規(guī)劃掃描線路，并對現(xiàn)場掃描的難度進(jìn)行客觀的評估，尤其是對于“神路”的掃描，按照古文物的保護(hù)規(guī)定是不允許車輛行使的，經(jīng)過溝通協(xié)商，清東陵文物管理部門特別給予支持同意移動測量車進(jìn)行掃描工作。
在清東陵現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集一共用了三天時間，穩(wěn)定而快速的采集進(jìn)度受到中外雙方專家的贊譽(yù)，林?威爾森博士說：“就是快啊，而且數(shù)據(jù)比想象中的更多更好。”清東陵管理方也稱贊應(yīng)用了新技術(shù)比之過去工作效率大大提高。據(jù)了解，清東陵項目不但數(shù)據(jù)外業(yè)采集時間大大縮短，而且采集了所有的陵墓建筑，同時還將整個進(jìn)入地宮的神道沿線建筑進(jìn)行了完整采集，不僅打破了傳統(tǒng)應(yīng)用掃描儀采集效率低下，更是彌補(bǔ)了僅是采集建筑部分，無法實現(xiàn)完整景區(qū)瀏覽的缺陷。
文物保護(hù)，技術(shù)引領(lǐng)
清東陵“蘇格蘭十項目”的其中之一，也是蘇格蘭文物局代表團(tuán)第八個實地作業(yè)地，在中國他們利用四周時間對清東陵孝陵、景陵的建筑物、構(gòu)筑物等進(jìn)行掃描和測繪，使用三維掃描及數(shù)字?jǐn)z影建立清東陵孝陵、景陵獨(dú)立的三維數(shù)字模型，達(dá)到保存世界文化遺產(chǎn)原貌的目的，使之永續(xù)保存。
在此項目中，拓普康受“蘇格蘭十項目”委托完成清東陵原始數(shù)據(jù)及處理后的高精度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及街景實現(xiàn)數(shù)據(jù)，屬于提供數(shù)據(jù)方。此次測量項目作為清東陵首個對外合作項目，涉及到數(shù)據(jù)的坐標(biāo)精度，所有數(shù)據(jù)均先提交給國家文物局相關(guān)部門進(jìn)行審核，并進(jìn)行數(shù)據(jù)精度的保密處理工作之后再提交給蘇格蘭方面，并且按照蘇格蘭方面要求的數(shù)據(jù)格式(國際通用格式)提交，由他們進(jìn)行后續(xù)的應(yīng)用及研究。
項目實施過程中，相關(guān)中方文物管理從業(yè)人員表示，反觀國內(nèi)文物保護(hù)的現(xiàn)況，絕大部分仍舊采用靜態(tài)影像的方式進(jìn)行，亟待加大新技術(shù)的應(yīng)用，特別是地理信息技術(shù)的使用，從而使文物古建得到更好的保護(hù)。他還介紹，在沒有使用到這些先進(jìn)技術(shù)之前，他們主要通過手工繪制紙質(zhì)地圖方式進(jìn)行存檔，數(shù)據(jù)資料管理繁復(fù)，并且容易丟失，數(shù)據(jù)保護(hù)也沒有那么完整。
姜來想介紹，從目前中國的情況來看，未來古建筑保護(hù)上的地理信息技術(shù)應(yīng)用，技術(shù)方面從外業(yè)采集來說，由于國內(nèi)古建筑多、樣式雜、面積大等特點(diǎn)需要應(yīng)用采集效率高、數(shù)據(jù)多樣性大和不受內(nèi)外壞境影響的采集工具實現(xiàn)。而內(nèi)業(yè)方面則需要處理效率高，提供多種應(yīng)用的成熟軟件來支撐，這將能夠更好的保護(hù)古代文化遺產(chǎn)，同時更便捷地進(jìn)行古建筑的分析、快速修復(fù)和重建等工作，無論是在考古研究還是對歷史的認(rèn)知方面都能起到很大的促進(jìn)作用。（本刊高級編輯史波濤）
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