数字孪生:测绘布达拉宫

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利用无人机搭载高分辨率相机获取的一组带有坐标信息的布达拉宫倾斜影像,这种模型效果逼真、要素全面,而且具有测量精度,是三维扫描的现实应用。图为布达拉宫实景三维模型。

图为布达拉宫红宫西大殿三维测绘成果。(本文图片均由北京帝测科技有限公司提供)

如今,行业创新能力不断增强,地理信息技术在文化遗产与文物、自然遗产、历史文化名城、自然保护地等多领域都有具体而迫切的应用需求,而在测绘仪器制造、商业遥感卫星、互联网地图、精准定位等领域,新技术与新产品快速迭代,从数据的获取、处理到应用,为人文勘测提供了更广阔的技术途径与判断视野。

自然资源部相关负责人也在本届大会上表示,将进一步开放地理信息资源。在确保地理信息安全的前提下,会同有关部门适时对测绘地理信息安全保密政策进行调整,加快推进公开地图内容表示、基础地理信息公开表示内容等规范性文件修订工作。加大开发力度,面向社会提供更多公众版测绘成果。

日前在广西南宁举行的2020中国地理信息产业大会上,一场以《布达拉宫,测绘丝毫》为名的主题演讲吸引了众多与会者的目光,利用先进的精细化测绘技术建设一座数字孪生的布达拉宫,对于认识和保护文化遗产具有非常重要的意义,也是对人类文明的记录、守护与传承。

完整认识建筑形态

海拔3700米的红山之上,霞光清澈,掩映着巍峨壮观的布达拉宫,金顶群在湛蓝天空下熠熠生辉。作为中国多民族融合的见证和极其重要的文化遗产,这里始终备受世人瞩目。

布达拉宫建筑结构复杂,内部陈设众多,地垄狭小,墙体自下而上成梯形,在这里进行测绘工作难度极大。

“布达拉宫古建筑群的勘查测绘经历了不同阶段。第一个阶段是对其外部进行测绘,第二个阶段是对内部进行测绘,但复杂空间并没有测出。在文物保护阶段,则对红宫和白宫进行了三维建设建模。”北京帝测科技股份有限公司文化遗产事业部经理信泰琦介绍说。

2015年后,随着测绘科学技术在文物保护行业的广泛应用,帝测科技用两年的时间,对布达拉宫建筑及周边环境进行了高精度测绘,对布达拉宫整体的建筑形态形成了完整认识,使布达拉宫1200多个地垄现出原形。

每一个文物保护对象特点不同,测绘前要考虑保护对象的特殊性。测绘团队在测绘前对布达拉宫进行了标志,拓清了山体轮廓,进而摸清红山山体与布达拉宫的交接面,完整认识了布达拉宫的整体形态。

为了将多源异构的数据统一到同一个坐标系下,测绘团队对整个测区进行了精密控制网施测,并逐级加密。将室外坐标传递到室内,形成并建立了三维模型,形成了布达拉宫具有时代化保护特征的工作基础数据,满足了极为复杂的建筑特征及空间形态的文物保护的需要。

建立布达拉宫数据库

布达拉宫是山体建筑,砌筑地垄是保证有足够稳定的平面来支撑殿堂的基础,然而,许多内部地垄在布达拉宫修建完成后被封堵,这不仅提高了测绘难度,更重要的是无法全面认识布达拉宫的建筑整体以及这些被封堵地垄的保存状态,从而难以有针对性地制定保护措施和工作计划。

借助无人机航拍、三维激光扫描、多视角影像重建等最新技术,像搭积木一样将布达拉宫的空间一个一个搭接在一起,信泰琦说:“空余较大的地方就是其空缺的部分,通过这种手段,我们进一步发现了6个隐藏地垄。”

保护布达拉宫的关键,在于其结构的稳定性。墙体是布达拉宫的主要结构,测绘团队对所有病害进行了标记,恢复其三维立体空间,对巡查进行统计分析,从而为结构专家下一步分析布达拉宫提供了有效依据。

“布达拉宫一共有3个山洞,1号山洞和3号山洞分别位于布达拉宫两侧,对结构稳定影响不大。其中2号山洞对布达拉宫的山体及主体建筑影响较大,在没有进行三维测绘之前,其保护规划需要进行支护。通过三维定位,明确了建筑和山体以及主体建筑间的位置关系,我们摸清了红山上山洞和山体以及主体建筑与道路之间的关系。”信泰琦说。

构建一个文化遗产保护综合管理平台非朝夕之功,如何持续性留存布达拉宫的保护数据,团队也在不断探索。

作为布达拉宫管理处、中国文化遗产研究院、北京帝测科技股份有限公司共同实施的测绘成果,数字孪生的布达拉宫将对文化遗产保护起到非常积极的作用。用测绘记录历史,将布达拉宫某一时刻的真实数据永久留存,并建立数据库和可视化管理系统,为文物提供持续性的保护策略依据。“实现布达拉宫三维可视化构件管理,同时与消安防系统平台对接,将消安防设备三维空间可视化呈现,实现报警跳转、路径规划等功能应用,这对布达拉宫的预防性保护意义重大。”信泰琦说。(本报记者 孙亚慧 )

《人民日报海外版》( 2020年11月02日   第 11 版)

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