CC BY
122
Тема номера
УДК 548
РС! 10.21661/Г-466433 Л.Д. Варламова, Д.Д. Дмитриев
Использование лазерного сканера
для сохранения архитектурно-исторического наследия
Аннотация
В представленной научной статье исследователями рассматривается опыт применения технологии наземного лазерного сканирования, которая дает возможность съемки архитектурных, исторических объектов в трехмерной модели с сохранением всех элементов и геометрических параметров в электронном формате.
I
Ключевые слова: наземное лазерное сканирование, станции, точки привязки, пространственное облако, программное обеспечение, трехмерная модель объекта.
L.D. Varlamova, D.D. Dmitriev
Use of laser scanner for the conservation of architectural-historical heritage
Abstract
The researchers of this article provide the experience of applying ground-based laser scanning technology, which enables the survey of architectural, historical objects in a three-dimensional model with preservation of all elements and geometric parameters in electronic format.
I
Keywords: ground laser scanning, stations, anchor points, spatial cloud, software, three-dimensional model of the object.
Стремительное развитие инновационных технологий в настоящее время создает уникальную возможность существенно повысить точность необходимых замеров, съемок для создания трехмерных моделей объектов архитектурных и исторических ценностей. Использование лазерных технологий позволяет на основании результатов сканирования производить архивацию и хранение данных об объекте в электронном формате [1].
Сущность наземного лазерного сканирования заключается в измерении с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта и регистрации соответствующих направлений (вертикальных и горизонтальных углов) [2]. С помощью этого прибора можно значительно сократить время и средства обмерных средств. Систематическая съемка одного и того же объекта, с одних и тех же опорных точек мо-
жет позволить производство мониторинга с высокой точностью для объектов культурно-архитектурных памятников.
Наземное лазерное сканирование является самым оперативным и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте: памятнике архитектуры, промышленном сооружении и промышленной площадке, смонтированном технологическом оборудовании. Суть технологии сканирования заключается в определении пространственных координат точек объекта. Процесс реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью фазового или импульсного безотражательного дальномера. Измерения производятся с очень высокой скоростью - тысячи, сотни тысяч, а порой и миллионы измерений в секунду.
Theme of number
Рис. 1. ЗБ-модель памятника M.K. Аммосову
Для съемки исторических объектов нами был использован лазерный сканер TOPCON GLS-1000. Данный сканер прост в управлении и способен работать автономно, избавляя исполнителя от забот, связанных с использованием ноутбуков, кабелей и тяжелых элементов питания. Прибор сопровождается программным обеспечением ScanMaster для обработки полученных данных. ScanMaster - универсальное программное обеспечение, предназначенное для обеспечения управления сканером, импорта данных с карты памяти сканера после автономной работы, регистрации данных и обработки данных сканирования [2].
Первым объектом съемки был выбран памятник известному якутскому политическому деятелю М.К. Аммосову (рисунок 1). При выполнении сканирования прибор устанавливается на станцию и приводится к горизонту. Сканирование было произведено с привязкой на марки, которые были установлены таким образом, чтобы с двух соседних станций был обзор на три марки. Шаг сканирования был установлен на 0.5 см, по времени сканирование данного памятника заняло 3,5 часа.
Фасады зданий всегда имеют архитектурную ценность своего времени, нами был отсканирован
фасад Государственного академического Русского драматического театра им. А.С. Пушкина в городе Якутске. Привязки в данном случае осуществили на четыре точки (рисунок 2).
Следующий объект сканирования был сделан в связи с необходимостью сохранить в цифровом формате наскальные рисунки на комплексе «Шишкинские писаницы» (рисунок 3).
Данный комплекс расположен на правом берегу реки Лена в
Иркутской области, ее продолжительность составляет около 3,5 км в длину, так как исторический комплекс расположен вдоль дороги «Якутский тракт», он находится под угрозой исчезновения из-за вандалических надписей и рисунков. Изображение этого наскального рисунка в виде всадника, использован на гербе Республики Саха (Якутия), в связи с этим его сохранение является для нас значимым как культурное наследие. Рисунок всадника расположен на высоте 34 метра от дороги, в труднодоступном месте, что делает его более защищенным от вандалов. Высота наскального рисунка составляет 409 мм, длина 464 мм. Рядом с рисунком всадника имеются изображения верблюдов (рисунок 4).
С помощью лазерного сканера Торсоп GLS-1000, была отсканирована скала, на которой изображен наскальный рисунок всадника (герб Якутии). Было зафиксировано более 26000000 точек (рисунок 5). Сканирование производилось с восьми станций. Пять станций вместе образующие дугу были привязаны между собой с помощью шести специ-
Тема номера
Рис. 4. Наскальный рисунок всадника
альных марок для привязки. Три станции располагались непосредственно на самой скале вокруг наскального рисунка, на привязку этих станций были использованы шесть марок для привязки. Плотность сканирования была запрограммирована на дистанцию до 50 метров каждые 5 мм по вертикали и по горизонтали. Работа над полученными данными составлялась в программном обеспечении ScanMaster [3]. Результаты связки полученных сканов дали возможность получить 3D-модель. Функциональная возможность программы позволяет определить растительность, цвет самой скалы и рисунков в естественный цвет.
Сканирование производилось на расстоянии 100 метров, высота сканирования 85 метров. Было отсканировано более 8500 м2, в которую входит: часть шишкинских писаниц, лесной массив, часть дороги «Якутский тракт».
В результате сканирования выполнено частичное перенесение комплекса в цифровой формат, дальнейшая работа в этом направлении даст возможность создать электронную версию культурного парка «Шишкинские писаницы». С помощью наземных лазерных сканеров станет возможным следить за состоянием скал, это позволит предотвратить крушение пород.
Процесс и результаты съемочных работ сканирования показали, что прибор точно фиксирует точки в пространстве, и тем самым, выдает качественную модель отсканированного объекта в 3D проекции. Полученный сканированный материал можно импортировать в программные системы, для дальнейшего хранения, использования в электронном формате, с сохранением всех геометрических параме-
тров. Лазерное сканирование может полностью заменить обмерные работы с применением рулеток и простых оптических приборов, так же он не требует камеральных работ с большим объемом работ.
Данные результатов сканирования можно хранить на обычных картах памяти стандарта SD. доступные по цене такие карты позволяют накапливать большие объемы данных.
Рис. 5. Пространственное облако точек скалы. Кругом обозначено расположение наскального рисунка всадника
Рис. 6. Пространственное облако точек археологического комплекса «Шишкинские писаницы»
Theme of number
Литература
1. Оленьков В.Д. Технология лазерного сканирования в реставрации памятников архитектуры / В.Д. Оленьков, А.А. Пронина // Строительство и экология: теория, практика, инновации: Сборник докладов I Международный научно-практической конференции. - 2015. - С. 81-84.
2. Середович В.А. Наземное лазерное сканирование: Монография / В.А. Середович, А.В. Комиссаров, Д.В. Комиссаров, Т.А. Широкова. - Новосибирск: СГГА, 2009. - 13 с.
3. Меридиан. ScanMaster // Меридиан [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.meridiangeo.ru/main. php?id=42&cid=295.
References
1. Olen'kov, VD., & Pronina, A.A. (2015). Tekhnologiia lazernogo skanirovaniia v restavratsii pamiatnikov arkhitektury. Stroitel'stvo i ekologiia: teoriia, praktika, innovatsii, pp. 81-84.
2. Seredovich, VA., Komissarov, A.V., & Komissarov, D.V (2009). Nazemnoe lazernoe skanirovanie: Monografiia. p. 13. Novosibirsk: SGGA.
3. ScanMaster. Meridian. Retrieved from http://www.meridiangeo.ru/main.php?id=42&cid=295
