开题报告修改

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1、、课题名称PhotoModeler Scanner在古建筑测绘中的应用The Application of PhotoModeler Scanner inAncient Building Survey二、研究本课题的背景和意义中国古建筑是世界上延续历史最长、分布地域最广、风格非常显明的独特建筑体 系，蕴含着丰富的文化价值、历史价值及艺术价值，是古代人们劳动与智慧的结晶， 是几千年文化传承与发展的沉积。随着社会经济的不断发展，人们生活水平及品位的 日渐提高，人们对那些经过几千年风风雨雨而最终保留下来的古代建筑的保护也越来 越重视。古建筑测绘作为古建筑保护过程中不可或缺一个重要环节，也越来越备受关

2、 注。古建筑测绘是测绘学在文化遗产保护领域中建筑遗产记录，监测以及保护工程实 施等方面的直接应用，其为古文物建筑的保护提供科学记录的档案，是保护工作科 学、有效的进行同时又为建筑历史与理论研究、建筑史教学提供翔实的基础资料，为 继承发扬传统建筑文化、探索新的现代建筑创作提供借鉴。在古建筑测绘中近景摄影 测量方法对于古建筑的保护、维修或重建工程是最合适和最理想的方法，也是其他方 法无法替代的。摄影测量的有着悠久的历史，目前数字近景摄影测量最有极大的潜力 和灵活性。在古文物、古建筑领域，自动的或半自动的数字近景摄影测量系统是一强 有力的工具，可用于古文物、古建筑的重建、修复、维护、研究和资料记录等

3、。为了满足古建筑保护的需要，本文综合考虑古建筑测绘对古建筑保护的重要意 义，分析了目前古建筑测绘中最合理和最理想的测量方法一一数字近景摄影测量，并 结合PhotoModeler Scanner软件在三维建模和测量中的应用，提出了将数字近景摄 影测量结合PhotoModeler Scanner软件运用到古建筑测绘中，以便为古建筑的重 建、修复、维护及研究获取第一手资料。三、国内外的研究状况及发展趋势近景摄影测量的发展在国际上已经有五六十年的历史。国际摄影测量与遥感协会 下属的一个专门组织，称之为近景摄影测量与机器视觉委员会，在它的组织下每两年 召开一次国际性的学术讨论会。在国外，对于近景摄影测量

4、的研究及进展如下：英国伦敦大学学院的Singh R.等人研究对纹理和特征不明显的目标通过近景摄影 测量进行三维重建采用主动光线照射目标物来形成人工纹理，取得良好的效果。保加利亚Dimi tar Jechev研究使用普通非量测相机进行近景摄影测量，通过一 种特殊的数学模型来对非量测相机的缺陷进行校正。美国加州工学院的Bouguet J.Y.于1999年开发的三维可视化建模技术，利用平 面标志板校正相机参数，并利用他本人提出的弱结构光技术进行被摄物体的立体建 模，在考古和工程测量上很有实用价值。德国的Thomas Lake,Wolfgang Forstner对普通相机进行近景摄影测量时，内方 位元

5、素及镜头畸变的室内矫正实验进行了深入探讨。芬兰的Haggren H.等人用旋转相机拍摄具有球面效果的照片来进行目标物的测量 与目标重建。澳大利亚墨尔本大学的Fraser C.S.等人对近景摄影测量的自动化及其校正进行 了深入的研究，将其用在事故现场重现、工业测量等方面，并研制出iWitness等著 名摄影测量与建模软件。日本京都大学的Ohnishi Y.,Nishiyama S.等人于2006年采用近景摄影测量山体 边坡的变形问题，其在边坡上布置大量的标志点，但不设控制点，只把仪器处的三维 坐标测出即可。在国内，近景摄影测量在近十余年内有较大的发展，下面就简单列举数例：中南大学的曾卓乔教授于提

6、出了近景摄影测量的许多新理论新方法，并于上世纪 80年代率先将摄影测量的P-H算法从德国引入国内。武汉大学的李德仁、冯文灏对数字化摄影测量的理论研究做出了许多卓有成效的 工作。武汉大学研制的全数字化近景摄影测量设备VirtuoZo，达到了国际先进水平。吴世棋、孔建、张德强在1994年采用国产DJS19/1318型摄影经纬仪，以单像解 析法，在50m的距离内，使物方标志点的量测精度达到了 1mm。但该方法需要昂贵的 专门设备（如专业量测相机和立体坐标量测仪）和经过特殊培训的专门人员，且现场 需要布设像控点，准备工作复杂，与全站仪法相比并不占有明显优势。于承新、徐芳、宋传增等人应用普通数码相机开展

7、钢结构变形监测的研究，采用 透视变换纠正算法，结合数字图像处理进行目标点自动识别与定位，实现钢结构瞬间 挠度的变形监测。寇新建等人将光学量测影像数字化应用，研究解决矿山活动塌陷区大范围的地表 监测问题，发挥了近景摄影技术在对危险现场处理的技术优势。数字影像与计算机数 据处理结合的优势使人们致力于研究开发实用的近景影像技术系统，解决一些具体的 工程应用问题。贺跃光等人介绍了中南大学研制的计算机无接触三维数字化近景摄影测量系统的 构成、工作环境、功能、适用范围，以及系统的使用方法。并以其中电子经纬仪虚拟 照片法观测隧道周边位移为例，分析了系统的原理、使用方法及其精度。结果表明， 采用该系统精度可靠

8、，操作简便，且适用性强。王国辉、马莉等人研究出一种无固定测站式的近景摄影测量方法。该方法手持相 机，不设固定测站，不设控制点，但需要在欲测断面上悬挂一、二把基尺，对像标和 标尺拍照，像片输入计算机，用鼠标量测像点坐标，用改进的P-H算法转换成物空间 坐标。其研究适合在施工中隧道推广，现场试验亦达到了较高的精度。刘大刚提出了标定摄像法，可以手持相机对隧道断面进行摄影，具有更多的方便 和灵活性，并在理论推导中，首次考虑了相机镜头畸变的影响。其现场试验在已建成 通车10年的公路隧道内进行，精度达到了 1mm以下。但由于仍需布设控制点，且试 验环境较理想，故其研究成果若于施工中的隧道推广尚需克服较多实

9、际困难。田胜利对使用非量测相机应用近景摄影测量技术观测结构变形进行了深入的研 究，并使用小波变换、神经网络等人工智能手段对观测结果进行了处理。其于云南小 湾电站的大型洞室内进行现场试验，量测结果达到了较高的精度，但由于施工现场的 环境影响，精度与全站仪相比尚有一定的差距。目前，近景摄影的研究方向也还朝着数字近景摄影测量与计算机视觉领域进行延 伸拓展。近景摄影测量在近十余年已经有了长足的发展，几乎所有的民用或军用部门 都使用过近景摄影测量。在研究和实践的推动下，近景摄影测量技术已经日臻完善， 目前已经广泛应用于建筑工程、航空航天技术、汽车制造、医学、古建筑与古文化研 究、考古等各个领域。近景数字

10、摄影测量作为一种非接触性测量手段，是基于严谨的 理论和现代的硬软件设施，可达到相当高的精度，可靠性强，以像片作为信息载体获 取被测物体大量的物理和几何信息。四、古建筑测绘的现状古建筑测绘具有悠久的历史，随着科学技术的不断发展，古建筑测绘技术也越来 越多样。如原始测量技术、免棱镜全站仪技术、全站仪结合数码相机技术、三维激光 扫描技术和数字近景摄影测量技术等。原始测量技术主要是通过直尺、卷尺、绳、垂球等工具，直接量取建筑物及构件 的尺寸的方式采集数据，这种方法延续了几千年，虽然操作简单，但是对于大型和复 杂的建筑，无法保证足够的精度；对于高处构件的测量和绘制，对操作者具有一定的 危险性，对建筑物也

11、容易产生破坏。免棱镜全站仪技术在完成古建筑测绘是不需要接触被测点，不需要在观测点上安 置棱镜，无需爬高，相对于原始测量技术危险性大大降低，也不会对古建筑造成大的 破坏。测量时全站仪直接瞄准观测点，测距光束经自然表面反射后可直接测量距离和 坐标，实现了“所瞄即所测”全站仪结合数码相机技术是先通过全站仪获取古建筑物上足够特征点的坐标，同 时利用数码相机获取古建筑物的图像，在内业处理时，将裁剪后保留下的有用图像导 入处理软件，插入全站仪获取的特征点的坐标，以便对图像采用“三次变换”方法进 行纠正，最后对纠正后的图像进行矢量化得到所需的古建筑的立面图。国内21世纪初叶，三维激光开始被应用于古建筑测绘领

12、域，如用于故宫修复测 绘、和数码相机相结合对古建筑物进行快速三维重建等，实现古建的数字化存档，为 研究中国古建筑史和建筑理论提供重要资料。但是其技术含量较高，硬件设备昂贵， 投入大，易受古建筑物周围高大树木遮挡等，实际实施往往有难度。近景摄影测量技术由于具有瞬间获取被测物体大量物理信息和几何信息、不伤及 测量目标，不干扰被测物自然状态、适合于动态物体外形和运动状态测定、基于严谨 的理论和现代硬软件，可提供相当高的精度与可靠性及提供三维空间坐标的各种产品 等优点，而成为古建筑的保护、维修或重建工程是最合适和最理想的方法。在古文 物、古建筑领域，自动的或半自动的数字近景摄影测量系统是一强有力的工具

13、，可用 于古文物、古建筑的重建、修复、维护、研究和资料记录等。五、本课题研究内容本论文主要研究的是利用数码相机获取古建筑的影像资料，结合数字近景摄影测 量技术，通过PhotoModeler Scanner软件对已获得的进行处理，完成对古建筑的三 维建模和测量。其中将把研究重点放在以下内容上：(1) 研究古建筑测绘的背景、意义以及现状。(2) 研究近景摄影测量的基本概念。深入阐述近景摄影测量的常用坐标系、像片 的内外方位元素、共线条件方程式以及共面条件方程式。(3) 重点研究近景摄影测量的理论模型。分析光线束平差解法及 直接线性变换 解法这四种摄影测量中常用理论模型、解算方法和应用范围。(4)

14、认真研究非量测型数码相机检校的理论和方法。(5) 研究古建筑测绘的野外作业流程。对自动识别标志的合理布设，像片的拍摄 方法，控制点及相对控制的布设深入研究。(6) 研究利用PhotoModeler Scanner进行古建筑的三维建模与测量的方法。六、论文的时间安排第1周相关文献的收集第2周完成开题报告第3、4、5周 完成论文的理论部分及PhotoModeler Scanner软件的熟练第6周外业资料采集第7、8、9周完成论文的三维建模及测量部分第10周完成论文的初稿第11、12周论文的修改，最终论文成型第13周论文的再次审查第14周以后等待论文答辩七、参考文献1罗哲文，中国古代建筑M,上海:上海古籍出版社，20012左光之，古建筑测绘教学的研究与探讨J,科学信息，2010.23, P 188-1883李振涛、许妙忠，数字近景摄影测量在古建筑物重建中的应用研究B,测绘信 息与工程，2007.32(4), P84曹勇，现代科技在古建筑绘中的应用A,现代物业，2011,03, P54-565王京卫、杨风雷、郭秋英，基于免棱镜全站仪的古建筑文物测绘方法A,山 东建筑大学学报,2011.4,第26卷 第2期,P178-1816余明、丁辰，过静珺激光三维扫描技术用于古建筑测绘的研究J.测绘科 学，2004.10，P69-70.7冯文灏，近景摄影测量M，武汉，武汉大学出版社，2002