广州天河区历史建筑普查技术路线研究

宋奇鸿，余凌燕

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

1 引 言

建成30年以上且未公布为文物保护单位，也未登记为不可移动文物的建(构)筑物，符合一定情形的，可以确定为历史建筑[1]。广州是有着两千多年历史的中国历史文化名城，天河区是广州市新城市中心区，是广州市东进轴与南拓轴交汇点，在长期的城市发展过程中，留下了许多优秀的城市建筑。为发掘有价值的历史文化遗存，采取积极措施加以保护，防止出现历史文化遗存被破坏事件，天河区对辖区内所有“已批未建”地块范围的历史文化遗存进行“地毯式”核查。

考虑到核查工作量巨大，为提高工作效率，应充分利用现有地理信息档案数据。国内外的历史建筑普查研究更多地集中在规划方面，如建筑评价体系的构建与分级、认定标准的讨论等[2]。而测量技术的具体运用与实践，尤其是测量技术路线的研究则鲜见其踪。本文主要以此为研究背景，梳理和探讨了以影像变化检测技术和地面LiDAR技术为基础的历史建筑普查和模型数据建库技术路线，并对此进行了总结。

2 总体技术路线研究

针对30年楼龄的基本普查要求，采用1978年版 1∶2 000地形图为基础资料，通过变化检测，将1978年地形图与2010年地形图进行叠置、检索和判读，能快速得到楼龄超过30年的建筑位置，在此基础上进行现场确认、补充、调查登记，以保证历史建筑线索核查的完整性。此外，考虑到历史建筑的重要性和不可恢复性以及传统测绘技术在历史建筑和文物保护方面的局限性，对于判定的重要历史建筑，采用三维激光扫描技术，提供全息数字三维真实模型，并建立GIS数据库，确保历史建筑及文物在受到人为因素或自然因素的破坏后，为还原、维修和恢复提供最精确的资料和依据。路线如图1所示。

图1 天河区历史建筑普查总体技术路线

2.1 确定1978年建成区

天河区行政管辖137.38 km2[3]，涉及 1∶2 000地形图逾202幅。1978年版 1∶2 000地形图只有扫描文件存档，为保证历史建筑位置的准确性，同时便于与现状矢量化地形图进行比对，首先利用我院EPS电子平台对扫描图逐幅进行位置校正和拼接，在此基础上导入天河区行政界线，并根据建筑分布大致确定1978年建成区范围，如图2所示。

图2 早期建成区范围确定示意图

2.2 已批规划用地筛选

经核查，天河区成立至今已批规划用地 3 684宗，总批地面积约 66 km2；将市规划局GIS平台用地红线数据叠加到上图，得到处于78年建成区范围内的用地共 1 620宗，涉及总面积 31.4 km2。除去已经核查的“2+3+9”平台[4]范围，剔除100 m2以下、已建小区、道路、禁止测量、空地等范围，另外再剔除(已经主动申报地块内疑似历史建筑，并由相关专家完成判定工作的)华南理工大学、中铁现代物流配送中心等2个地块，最终确定需详细普查的地块有105宗，面积 3.9 km2。

2.3 叠置分析提取疑似历史建筑线索

在天河区105宗用地上叠加1978年版和2010年版地形图进行检索、判读和分析，如图3所示，得到同时存在于两个版本地形图上的建、构筑物，初步可以作为普查候选目标，也即保存30年以上的疑似历史建筑，如图3～图5所示。

图3 1978基础地形图

图4 2010年地形图变化检测判读

图5 疑似历史建筑线索分布图

2.4 疑似建筑线索现场核查与现状测量

(1)现场核查与GIS属性调查

对标定的疑似历史建筑线索进行建筑周边环境、建筑总体样式、建筑立面、建筑细节特写等取照和GIS属性调查，录入建筑名称、建筑地址、建设年代、使用用途、历史典籍以及有无新的疑似历史建筑线索等。同时对周围其他未作内业标定的建、构筑物进行排漏，并对现场照片、外业图表进行分类整理，制作相应地形图、卫星影像图图示，统计得到《广州市历史建筑普查成果录入用表》，如表1所示。

天河区(已批未建地块)历史建筑线索统计表 表1

《广州市历史建筑普查成果录入用表》示例(部分)

(2)现状测量

历史建筑现状测量通常利用GPS、全站仪、测距仪等完成平面及四至关系、立面或剖面特征点的位置以及相应特征线距离(如图6所示)，进而利用古建筑设计和现状的几何关系绘出线性特征图，得到历史建筑的平面位置关系图数据。

图6 立面特征点测量

数据汇总并提交相关建筑学专家研判后，对各文化遗产线索应作详细性情况描述，并提供周边现状地形图，如图7所示(以丁颖旧居为例)。

图7 丁颖旧居文化遗产线索详细性描述

2.5 重要历史建筑线索三维扫描归档

采用GZCORS-RTK布设高精度的控制网，获取高精度的控制点坐标并转换为1980西安坐标系统，将平面及高程分别进行平差计算，以获得高精度的靶标点位，并为后续的配准提供精确的转换坐标。为了能够准确地提取靶标中心点，也应对靶标分别采取了较高分辨率的扫描。采用全站仪测量靶标，以获取其在控制网坐标系下的坐标。

(1)点云去噪与补洞

采集的原始数据，含有较大的噪声，可以先在扫描仪自带的软件内进行粗略的去噪，然后在Geomagic Studio等软件中进行进一步细化。点云的补洞也在Geomagic Studio中进行，生成网格模型后，Geomagic Studio能够自动识别模型的孔洞，运用手工的方法进行补齐。

(2)各站拼接检查

点云去噪和补洞之后，即可开始配准。靶标齐全的点云，使用控制点配准，将点云配准到控制网坐标系下；靶标缺失的点云，利用公共区域寻找同名点对其进行两两配准，当同名点对不能找到时，利用人工配准法。这两种方法均为两两配准，为了将所有点云转换到统一的控制网坐标系下，并与控制点配准法得到的点云接合在一起，两两配准时要求其中一站必须为已经配到控制网坐标系下的点云。

(3)表面重建

点云的表面重建在Geomagic Studio中通过生成准确的三角网模型完成。由于点云本身的离散性，会导致模型存在一定缺陷，需要在多边形阶段对其进行修补、调整等操作后，才能得到准确的实物数字模型，如图8所示。

图8点云数据表面重构建模

3 结 语

历史建筑普查涉及专业跨度大，普查范围广，测量难度大，历史建筑物数量多，分布分散等诸多棘手问题。本文探讨采用建筑、测量、遥感和GIS多专业融合，内业排查、检索、判读、GIS调查和现场测绘等多手段联合的模式，多技术的普查成果互为补充，摸索设计出基于变化检测技术和地面LiDAR的重要历史建筑线索普查路线：即通过多时相、多源地图数据叠置分析，先内后外的变化检测技术代替人工盲目筛选，大大提高了准确性和作业效率，基于地面LiDAR技术对重要线索进行扫描、建模归档，为历史建筑的保护和修复提供了精确的资料数据，对同类普查项目具有一定的示范意义。

[1] 广州市政府. 广州市历史建筑和历史风貌区保护办法[S].

[2] 董菲，袁诺亚，罗洁斯等. 武汉市历史镇村保护性建筑普查方法[J]. 规划师，2016(32).

[3] 评论员. 咬紧“2+3+9”重大发展平台建设不放松[N]. 广州日报，2013-8-6(A2).

[4] 刘先觉，陈泽成. 澳门1900年前重要建筑普查研究报告[J]. 华中建筑，2002(6)：63～78.

[5] 贺军政. 利用ArcGIS制作建筑普查成果图册[J]. 测绘与空间地理信息，2010(4)：109～111.

[6] 李琳琳，谢伟秋，刘锋. 历史建筑和历史风貌区普查成果的质检技术标准研究[J]. 测绘与空间地理信息，2016(2)：180～182.

[7] 李琳琳，谢伟秋，刘锋. 历史建筑和历史风貌区普查成果的质检技术标准研究[J]. 测绘与空间地理信息，2016(2)：180～182.

[8] 郭岚，赵亚宁. 城市部件的数字化调查方法[J]. 武汉： 城市勘测，2008(1).

[9] 武汉市规划研究院. 武汉市历史镇村保护性建筑普查[R]. 2016.