1系统建设原则
建立以县级行政区域为基础的，具有动态更新能力的全省不可移动文物名录体系，建立不可移动文物三维电子地图，做到每一处不可移动文物点有准确的空间坐标;建立可移动文物“电子身份证”，使每一件馆藏文物都有详细的电子照片、文字说明和完整的记录档案;根据以上数据建立全省文物信息检索系统和完善我省文物登录系统，根据检索和登录需求的不同，形成分权限级设置，目标定位于服务于政府机关管理需求、服务于文博系统科研需求、服务于社会群众知识面拓宽需求，使之成为面向不同需求用户的集文物保护、文物管理、文物科研和文物宣传的综合平台。
2系统功能设计
2．1系统特点文物管理三维可视化，不但能任意角度展示不可移动文物的外观、内部构造，以及与周边建筑的关系，同时还能以第一人称感受三维空间，给人身临其境的感觉。在三维场景中，不但能对不可移动文物进行尺寸量算、属性数据查询(文物资料属性、平立剖图查看)，还能利用三维模型真实坐标和直观性，进行视线分析、日照分析、洪水淹没、火灾范围等分析。在三维场景中，可以模拟人行、车行、飞行等模式进行浏览，也可以预设热点和飞行路径，以方便地浏览和查看文物。集成数字档案管理，方便查询管理，利于保护原件;统一性与扩展性相结合，软件统一设置案卷与文件基础数据项，允许用户根据不同类型档案定义扩展项;友好的图形界面，界面漂亮、统一、友好，操作简便;自由查询各类统计报表。2．2系统的功能文物保护数据库综合系统主要由文物信息管理、文物保护工程信息管理、文物保护单位信息管理、三维浏览、GIS功能、系统管理6部分组成(如图1所示)。1)文物信息管理吉林省文物信息数据库将文物分为可移动文物和不可移动文物两大类。针对这两类文物分别建立文物信息数据库，该数据库具有文物信息录入、编辑、批量导入、导出、信息查询、信息浏览、统计报表等功能。所有文物完全按照国家文物局相关标准建立相应电子身份识别码，便于系统查询及管理文物。2)文物工程信息管理文物工程信息主要包含文物保护工程信息、考古发掘信息、文物保护规划信息、文化遗址监测、文物鉴定档案信息、馆藏文物修复信息、文物展览信息、博物馆安防技防档案、博物馆信息、文物经费数据信息、文博专家数据信息、文物执法案件数据、文物保护研究专著、学术期刊信息等，我们统称这类信息为文物工程信息。它们将按不同种类按年度分布录入数据库进行管理。文物工程信息管理模块提供文物工程信息维护、文物工程信息查询浏览、文物工程信息统计报表等功能。同时，系统记录文物工程信息管理日志，以便备查。3)文物保护单位信息管理系统对文物保护单位进行单独管理，具有信息录入、更新、删除、查询、浏览、统计报表功能，并提供全省文物保护单位分布图。同时，系统记录文物保护单位管理日志，以便备查。4)三维浏览系统中存储重点文物的精细三维建模资料，在三维场景(DEM叠加高分辨率遥感影像)中可以全方位浏览不可移动文物的外貌、立面图(如图2所示)、剖面图、俯视图、计算两点间实际路面距离、多边形实际面积、建筑物实际高，以及两点间通视情况。5)GIS功能①文物范围三维场景表现:三维场景目前覆盖文物中心1km范围，包括DEM数据、现状三维模型数据、影像数据，其中现状三维模型包括建筑物、高架、道路、市政设施、广告牌、植被、树木等，是构建吉林省三维文物GIS平台的基础数据。②基础地形图:以1∶10000地形图为该系统的基本地形图覆盖所有文物范围，国家重点保护文物范围内的均为1∶500，1∶2000地形图，省重点保护文物范围内均为1∶2000地形图。具体如图3所示。6)系统管理系统管理模块提供登录管理、用户管理、日志管理、系统备份、历史数据库功能。
3三维扫描测量
不可移动文物多是建筑物和大型雕塑，这些文物体积庞大，形状极其不规则，利用传统的测量方法很难建立文物的精细模型。因此，文物三维信息的采集多使用三维激光扫描仪，以延吉吴禄贞府三维扫描为例，总结三维激光扫描仪在文物扫描中的注意事项及经验(如图4所示)。3．1现场踏勘及方案的制定在实施扫描工作前首先要到现场进行踏勘。根据测区地形特征和测量对象的形态、空间分布以及测量重点制定作业方案，即确定扫描测站点和控制点(标靶)的数目及位置。一般观测区域体积较大且受遮挡，一个测站不能获取完整场景的三维信息，通常需要分多测站对目标进行扫描，再将多个测站的扫描数据拼接起来构成完整模型。因此，在外业扫描过程中要合理安排测站点及控制点(标靶)的位置和数量。主要有三个原则:1)要保证各扫描位置的数据最终获得完整的被扫物体数据;2)尽量选择比较少的扫描位置，以减少原始数据量和拼接误差;3)要求每站之间至少有三个控制标靶重合，通过控制点的强制符合，以确定两个测站点云数据符合所需的7个自由度，使点云数据最终能够统一到一个仪器坐标系统下。3．2测量标靶及测站点坐标为将多测站上获得的点云数据拼接到一起，并转换到统一的坐标系统下，需要使用全站仪或其他测量仪器测出测站及标靶的精确坐标。相同的控制标靶在不同测站中的标识必须相同，否则无法将各扫描站的点云数据统一到一个坐标系统下。3．3数据采集按照数据采集方案进行数据采集。首先开启扫描仪设置扫描参数，精确扫描标靶，然后开始扫描目标。当某一测站点云数据采集完毕后，换站，继续采集点云数据，以至完成整个场景的外业数据采集工作。最后将扫描的点云数据和标靶数据输入数据处理软件，进行后续处理。扫描时针对不同的扫描对象设置适当的分辨率，例如建筑物扫描分辨率一般在2．5cm以内。扫描古建筑群落时，建议用不同分辨率对群落的各部分进行扫描，避免在不需要精确表达的建筑物部分浪费时间，同时也可以减小数据量;而雕塑文物扫描分辨率不能大于8mm。扫描建筑物时，先对建筑物的外部进行扫描测量，然后对内部进行扫描测量，注意建筑物内部控制点和外部控制点的相对精度及标靶的放置位置，以保证点云数据拼接。对于无法使用扫描仪进行测量的地方，可以使用三维近景摄影测量或常规手段进行测量。3．4数据预处理三维激光扫描仪采集的点云数据经过转换后导入相应软件进行处理，如滤波降低斑点噪声，数据压缩降低数据量，加快运行速度等。3．5点云数据配准一个站点获取的点云数据往往不能完整地反映目标全貌，因此需要从不同角度，多站点扫描目标，然后将多站点不同仪器坐标系下的点云数据转换到统一坐标系中，即为点云数据的配准或拼接(如图5所示)。3．6三维网格模型建立对预处理后的点云数据进行三角化，形成一个近似目标物表面的三角网，构成具有目标物特征的三维模型，并对模型进行拓扑错误检查、漏洞修补、模型平滑简化等处理。3．7纹理贴图三维激光扫描仪在采集点云数据的同时，内置数码相机将目标表面纹理数据记录下来，通过纹理贴图的方式将纹理数据映射到三维模型上，可以使模型逼真地展现实物原貌。
4数据建库
数据建库的过程历时较长，数据建库工作贯穿于系统建设使用中。在系统建设初期，主要录入吉林省文物的基本信息，各类信息由易到难逐步录入。在系统验收时需要各不同类型数据都要进行录入验证，保证系统的正常运行使用。不可移动文物信息数据库主要存储和管理文物的表格类信息、文本类信息、图片类信息、多媒体(音频、视频)类信息以及地理空间信息。地理空间信息指的是不可移动文物位置、文物控制(保护)范围地形图、文物三维模型信息、文物多方位剖面图等。对于国宝和省宝级别的不可移动文物，具备DLG、DEM、DOM、三维模型数据及点云数据等。DLG数据应提供1∶500，1∶2000比例尺文物控制(保护)范围地形图，同时提供1∶250000到1∶10000比例尺全省不可移动文物分布图。可移动文物信息数据库主要存储和管理文物的表格类信息、文本类信息、图片类信息、多媒体(音频、视频)类信息以及文物三维模型信息等。
5结束语
三维激光扫描技术是一种全自动高精度立体扫描技术，将测绘数据获取方法、服务能力和水平、数据处理方法等迈进新的发展阶段。三维激光扫描系统已经从固定模式向移动模式转变。以车辆、飞机、卫星为载体的移动模式三维激光扫描系统自身带有POS系统，可直接获取地理归化的点云坐标。可以连续扫描，不需要拼接处理，既提高数据采集效率，又能保证数据精度，弥补固定模式扫描系统单站扫描速度慢，数据不能地理归化的不足，极大地扩展了三维激光扫描仪系统的应用领域。
作者：薛晓轩 单位：吉林省基础测绘院
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