激光雷达（LiDAR）技术在古建筑精细测绘与保护中的应用研究

引言

古建筑作为文化遗产的重要载体，其保护工作面临测绘精度不足、病害发现滞后等问题。传统测绘方法易对建筑造成干扰，且难以捕捉复杂结构细节。激光雷达技术凭借快速、非接触、高精度的特点，为古建筑保护提供了新手段。本文围绕该技术在古建筑精细测绘与保护中的应用展开探讨，梳理技术应用价值与实施路径，为推动古建筑保护技术升级提供参考。

一、激光雷达技术适配古建筑测绘的核心特性

1.1 非接触式数据采集对古建筑的保护性

激光雷达技术的非接触式数据采集特性对古建筑保护具有重要意义。该技术通过发射激光束获取建筑表面数据，整个过程无需与古建筑直接接触，可避免传统测绘中搭建脚手架、触摸构件等操作对建筑造成的潜在损伤。对于结构脆弱、年代久远的古建筑而言，这种非接触方式能最大限度减少测绘过程中的干扰，保护建筑原有风貌和结构完整性。同时，非接触采集可在不影响古建筑正常展示或使用的情况下进行作业，降低测绘工作对古建筑日常管理的干扰，为后续保护工作奠定良好基础。

1.2 高密度点云数据的精细结构表征能力

高密度点云数据的生成是激光雷达技术的显著优势，使其具备强大的精细结构表征能力。技术通过快速发射激光脉冲，可在短时间内获取数百万甚至数千万个点的三维坐标信息，形成覆盖古建筑整体的点云模型。这些高密度点云能精准捕捉建筑表面的细节特征，包括雕刻纹饰、构件连接方式、微小变形等传统测绘难以识别的结构信息。通过点云数据处理，可清晰呈现古建筑的复杂构造和空间关系，为理解建筑营造技艺、分析结构特征提供详实的数据支撑，满足古建筑精细测绘对细节还原的高要求。

1.3 多场景适配的灵活数据获取模式

激光雷达技术具备多场景适配的灵活数据获取模式，可适应不同类型古建筑的测绘需求。针对大型古建筑群，可采用车载或机载激光雷达进行大范围数据采集，快速获取整体空间布局信息；对于单体建筑或复杂构件，可使用地面便携式设备进行近距离扫描，获取高精度细节数据。在室内封闭空间或室外开阔环境中，技术均可通过调整扫描参数实现有效数据采集。这种灵活的获取模式能应对古建筑多样的形态特征和保存环境，确保在不同场景下都能获取符合需求的数据，为各类古建筑测绘提供适配的技术方案。

二、激光雷达技术在古建筑保护中的应用路径

2.1 古建筑三维精细建模与数字化存档

激光雷达技术为古建筑三维精细建模与数字化存档提供了高效手段。通过对采集的点云数据进行处理，可构建古建筑的三维模型，模型能完整呈现建筑的外观形态、内部结构及构件细节。这种三维模型可作为数字化存档的核心内容，永久保存古建筑当前状态信息，为后续保护、研究和展示提供基础数据。数字化存档突破了传统文字、图纸记录的局限性，实现了古建筑信息的可视化、可量化管理，便于相关人员随时查阅和分析建筑数据，为古建筑保护工作提供长期的数据支撑。

2.2 结构病害的高精度检测与分析

利用激光雷达技术可实现古建筑结构病害的高精度检测与分析。通过对比不同时期的点云数据，能精准识别建筑构件的变形、位移、裂缝等病害情况。技术可量化分析病害的位置、范围和程度，为判断病害发展趋势提供数据依据。相较于传统人工检测，激光雷达技术能发现肉眼难以察觉的微小病害，且检测结果更具客观性和可重复性。这种高精度检测有助于及时发现古建筑结构安全隐患，为制定针对性的修复方案提供科学参考，提升病害治理的准确性和有效性。​

2.3 保护修复方案的模拟与优化

激光雷达技术支持古建筑保护修复方案的模拟与优化。基于高精度三维模型，可在虚拟环境中模拟不同修复方案的实施效果，包括构件替换、结构加固等措施对建筑整体的影响。通过模拟分析，能提前发现方案中可能存在的问题，如修复构件与原结构的适配性、加固措施对建筑风貌的影响等。技术还可辅助计算修复所需的材料用量和施工参数，优化方案的经济性和可行性。这种模拟优化过程能减少实际修复中的试错成本，确保保护修复方案更贴合古建筑的实际需求，实现保护效果的最大化。

三、激光雷达技术应用的支撑体系构建

3.1 点云数据处理与模型构建的标准化流程

建立点云数据处理与模型构建的标准化流程是激光雷达技术应用的基础。流程需明确数据采集、预处理、拼接、建模等各环节的操作规范，确保不同项目的数据处理方法统一。标准化流程应涵盖数据质量检查标准，对噪声去除、精度控制等关键环节制定明确要求，保证处理后数据的可靠性。同时，需规定数据格式的统一标准，便于不同软件平台间的数据交互与共享。通过标准化建设，可提高数据处理效率，减少人为操作差异导致的误差，使不同古建筑的测绘数据具有可比性，为技术应用的规范化和规模化提供保障，也为跨区域、跨

项目的古建筑数据对比研究创造条件。

3.2 跨领域技术协同的应用平台搭建

跨领域技术协同的应用平台搭建有助于整合各方资源推动技术应用。平台可汇聚古建筑保护、测绘技术、计算机建模等领域的专业力量，促进不同学科知识的融合。通过平台开展技术交流与合作，可解决数据处理、模型应用等过程中的跨领域难题，如将点云模型与历史文献信息相结合实现多维保护。平台还能推动激光雷达技术与其他数字化技术的协同使用，比如结合 BIM 技术构建建筑信息模型，或与 GIS 系统融合实现空间分析。此外，平台可建立技术资源库，整合各类处理工具、案例资料和研究成果，提升技术应用的便捷性，形成多学科协同推进古建筑保护的良好格局。

3.3 技术应用效果的评估与反馈机制

建立技术应用效果的评估与反馈机制可保障激光雷达技术应用的持续优化。机制需对技术在测绘精度、病害检测准确性、修复方案支持效果等方面进行评估，收集保护人员、研究人员的使用反馈。评估过程应结合古建筑保护的实际需求，设置科学的评价指标，涵盖数据精度、工作效率、成本控制等维度。根据评估结果总结技术应用的优势与不足，针对性地改进数据处理方法和应用流程。同时，建立反馈信息的共享机制，让技术研发者、应用者和管理者能够及时获取相关意见，推动激光雷达技术在古建筑保护中的应用不断完善，更好地适配古建筑保护的实际需求。

四、结论​

激光雷达技术为古建筑精细测绘与保护提供了高效解决方案。其非接触采集、高精度建模等特性适配古建筑保护需求，在三维建模存档、病害检测、修复方案优化等方面发挥重要作用。通过构建标准化流程、跨领域平台及评估反馈机制，可保障技术有效应用。该技术的应用能提升古建筑测绘精度，及时发现结构病害，优化保护方案，推动古建筑保护从传统模式向数字化、精细化转变，为文化遗产的长久传承提供技术支撑。

参考文献

[1] 刘璐 . 基于高光谱激光雷达的古建筑木构件材料分类与三维重建 [D]. 安徽建筑大学 ,2023.

[2] 撒贝宁 . 基于高光谱激光雷达的古建筑构件分类与建模 [D]. 安徽建筑大学 ,2022.

[3] 薛雅倩 . 基于多尺度特征聚合的古建筑点云语义分割研究 [D]. 北京建筑大学 ,2024.