隨著對中國傳統(tǒng)古建筑進(jìn)行保護(hù)的要求逐步提高，探索更加行而有效的數(shù)據(jù)采集整理方法顯得更加重要。對比傳統(tǒng)古建筑保護(hù)中在數(shù)據(jù)采集上的方法，現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集整理方法就變得更加使用高效，對于傳統(tǒng)物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)研究。筆者介紹了利用現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集整理手法對順義區(qū)元圣宮的保護(hù)研究，以及和傳統(tǒng)方式相比的優(yōu)勢以及成果展示，重點(diǎn)了解針對本次數(shù)據(jù)采集方法中更加適合于現(xiàn)代工作模式的具體體現(xiàn)，以及針對本次研究中對古建筑單體以及古建筑群落的數(shù)據(jù)采集整理方法研究。

  在中國經(jīng)濟(jì)與文化大發(fā)展大繁榮的今天，增加人們對中華歷史文化的認(rèn)同感顯得十分必要，而中國物質(zhì)文化遺產(chǎn)正是中華歷史文化的見證者與物質(zhì)載體，其中物質(zhì)文化遺產(chǎn)包括了可移動物質(zhì)文化遺產(chǎn)以及不可移動物質(zhì)文化遺產(chǎn)，其中中國古建筑屬于物質(zhì)文化遺產(chǎn)中的不可移動文物，在中國古建筑發(fā)展史上的每個(gè)時(shí)期都有能夠代表當(dāng)時(shí)時(shí)期的建筑樣式，這也可以從側(cè)面體現(xiàn)中國在不同歷史時(shí)期的文化習(xí)俗與當(dāng)時(shí)的自然人文環(huán)境。所以應(yīng)該對中國古代建筑進(jìn)行合理的保護(hù)與開發(fā)。

  北京順義區(qū)的不可移動物質(zhì)文化遺產(chǎn)十分稀少，目前在順義區(qū)內(nèi)確定的物質(zhì)文化遺產(chǎn)只有31處，其中最為典型就要說是順義區(qū)元圣宮了。元圣宮位于北京城東北順義區(qū)牛欄山下，潮白河畔，屬于北京市級文物。它始建年代不詳，據(jù)史料記載元圣宮在明萬歷年間重修，現(xiàn)存建筑為清代法式。建國后北京市文物局分別在1959年，1985年，1995年和1998年對元圣宮進(jìn)行了四次修繕。最近的一次大型修繕也要追溯到二十年前。所以我認(rèn)為對順義區(qū)元圣宮物質(zhì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)規(guī)劃是十分必要的。

  在2018年3月，《北京市大運(yùn)河文化帶保護(hù)建設(shè)規(guī)劃》經(jīng)北京市委常委通過，而順義區(qū)元圣宮正好位于潮白河順義段的上游區(qū)域，屬于北京市大運(yùn)河文化帶內(nèi)，同時(shí)元圣宮屬于北京市級文物且內(nèi)部保護(hù)的相對完好，有很強(qiáng)的歷史文化價(jià)值，并且現(xiàn)今的順義區(qū)元圣宮正好位于牛欄山一中內(nèi)，牛欄上一中屬于北京市重點(diǎn)高校，對元圣宮進(jìn)行保護(hù)規(guī)劃對當(dāng)?shù)鼐用褚约皩W(xué)校內(nèi)師生的歷史文化水平也是一種提高?？梢韵蛉藗兏又庇^的展示中國古代建筑的魅力。而且根據(jù)順義區(qū)區(qū)保單位提供的《北京市順義區(qū)不可移動文物名錄》顯示順義區(qū)內(nèi)像元圣宮這類的文物還有三十一處，且文物等級與保存狀況不等。如果以順義區(qū)元圣宮物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)規(guī)劃作為案例。這樣也可以帶動順義區(qū)其他一部分古建筑的保護(hù)修復(fù)工作。

  圖 1 元圣宮無人機(jī)正攝影采集圖片

  本次對元圣宮物質(zhì)文化遺產(chǎn)的研究范疇僅針對對順義區(qū)元圣宮調(diào)查過程中的工作內(nèi)容以及調(diào)查研究程序的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對順義區(qū)元圣宮物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)采集整理方法的研究，匯總成普世經(jīng)驗(yàn)，提煉出工作程序使其更加適合于現(xiàn)代的工作模式，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)成果。

  北京市順義區(qū)元圣宮是一座佛道合一的廟宇，座北朝南，殿宇四重。根據(jù)1998年北京市文物局確定的核心保護(hù)范圍。中軸線從南向北依次為儀門，前殿，后殿，共三進(jìn)院落，殿宇40余間整體格局保留基本完整具有很高的科學(xué)價(jià)值與歷史文化價(jià)值。并且確定了元圣宮文物建筑、保護(hù)范圍、Ⅰ類建設(shè)控制地帶、Ⅱ類建設(shè)控制地帶、Ⅲ類建設(shè)控制地帶。次順義區(qū)元圣宮物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)研究的主要內(nèi)容是通過利用現(xiàn)代的FARO地基雷達(dá)掃描技術(shù)以及無人機(jī)三維建模技術(shù)對元圣宮內(nèi)的牌樓門，儀門，前殿，中殿，后殿，配殿進(jìn)行激光雷達(dá)掃描建模，通過對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解算和數(shù)據(jù)分析從而快速精確獲取所掃描古建筑的三維模型，同事可以獲取到古建筑精確到毫米級的模型。并利用其獲取的三維模型與傳統(tǒng)的測繪方式相對比，從而獲取到一種更加快速，更加可視化的古建筑群保護(hù)測繪模式以及通過利用激光雷達(dá)以及無人機(jī)掃描對古建筑更直觀的數(shù)字采集模式，匯總成一套更先進(jìn)的古建筑數(shù)據(jù)采集建模保護(hù)模式。

  根據(jù)北京市文物局提供的順義區(qū)元圣宮保護(hù)范圍可以知道，目前元圣宮院墻就是元圣宮的保護(hù)范圍邊界，院墻內(nèi)部為順義區(qū)元圣宮保護(hù)范圍，沿著元圣宮保護(hù)范圍向北20米內(nèi)、向東50米內(nèi)、向南30米內(nèi)、向西30米內(nèi)是Ⅰ類建設(shè)控制地帶，沿著Ⅰ類建設(shè)控制地帶向北50米內(nèi)、向東50米內(nèi)、向南50米內(nèi)、向西20米內(nèi)為Ⅱ類建設(shè)控制地帶，沿著Ⅱ類建設(shè)控制地帶向西80米內(nèi)為Ⅳ類建設(shè)控制地帶。

  圖 2 元圣宮保護(hù)范圍及建設(shè)控制地帶（北京市文物局提供）

  在文物局和牛欄山一中的支持下對元圣宮進(jìn)行了調(diào)研工作。利用大疆無人機(jī)，對其進(jìn)行激光點(diǎn)云建模以及歷史素材收集工作。調(diào)查元圣宮的歷史沿革和元圣宮各單體建筑的建筑規(guī)格。利用大疆spark無人機(jī)和獲取到的pos數(shù)據(jù)對元圣宮進(jìn)行正射掃描，為后期smart3D建模提供照片以及pos結(jié)算素材。這可以為之后的數(shù)字建模甚至虛擬現(xiàn)實(shí)還原元圣宮提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

  首先是大疆mavic無人機(jī)掃描，利用大疆mavic無人機(jī)對建筑物進(jìn)行多角度不同高度航拍，它的有點(diǎn)就是可視化強(qiáng)隨時(shí)都可以看到視線以外比如屋頂瓦面等結(jié)構(gòu)，并且高清畫質(zhì)使掃描出的建筑物細(xì)節(jié)更好觀察，無人機(jī)自帶的pos數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入到IE中結(jié)合無人機(jī)自帶的慣導(dǎo)imu數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，導(dǎo)入后期三維建模軟件后就可以處理成原建筑比例的高精度三維模型，所以基本操作如下。

  （1）利用大疆mavic無人機(jī)結(jié)合GSP地面站系統(tǒng)對順義區(qū)元圣宮進(jìn)行不同高度的正射航拍（高度：120米，80米，50米，30米）。并用無人機(jī)對元圣宮進(jìn)行推進(jìn)航拍和定點(diǎn)八位航拍，獲取其正射數(shù)據(jù)以及周圍建設(shè)控制地帶的影像數(shù)據(jù)。

  （2）利用大疆mavic無人機(jī)結(jié)合GSP地面站系統(tǒng)對順義區(qū)元圣宮進(jìn)行等高度（高度：30米）的傾斜攝影，將無人機(jī)鏡頭調(diào)整至向下45°角，分別從東南西北四個(gè)方向?qū)υm進(jìn)行航線規(guī)劃拍攝，并且拍攝的內(nèi)容必須覆蓋全部元圣宮文物建筑保護(hù)范圍。

  （3）利用大疆mavic無人機(jī)拍攝的30米段的正射圖片以及30米段四個(gè)方向的傾斜圖片進(jìn)行三維建模。先用smart3D軟件結(jié)合大疆mavic無人機(jī)自帶的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行空三運(yùn)算，獲取航拍位置信息并對預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊率的比對，要求重疊率大于85%以上，之后再進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)算，處理成原建筑比例的高精度三維模型。導(dǎo)入后期三維建模軟件后就可以處理成原建筑比例的高精度三維模型，可以很好的對原建筑群進(jìn)行掃描。不但保留了原比例原畫質(zhì)的航拍圖片及影像也生成了原畫質(zhì)高分辨率的三維模型。

  圖3元圣宮無人機(jī)傾斜攝影空間模型圖

  圖 4 元圣宮前殿空間模型

  利用大疆無人機(jī)對元圣宮進(jìn)行正射，利用無人機(jī)自帶的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行航帶拼接，空三運(yùn)算，最終結(jié)合無人機(jī)采集的正射影像對其元圣宮整體進(jìn)行精確的Smart3D三維建模。利用單反相機(jī)對元圣宮內(nèi)的主要構(gòu)筑物，石獅子，石碑進(jìn)行環(huán)形拍攝。利用smart3D對其進(jìn)行三維建模。

  之后就可以利用內(nèi)頁軟件進(jìn)行對元圣宮內(nèi)建筑規(guī)制進(jìn)行分析并提出修復(fù)建議。

  （1）儀門制式規(guī)格分析：

  面闊三間，進(jìn)深六檁，硬山過壟脊，外檐保留有清末民初的彩畫，現(xiàn)儀門四面墻體封閉，前后設(shè)近代門窗，室內(nèi)地面完整，西山墻體兩邊開裂，脊獸殘缺，后檐瓦片松散，屋頂瓦面破損缺失，需要修復(fù)，并對屋頂進(jìn)行除草清理，儀門兩側(cè)留有原通道門遺址，殿前碩大槐樹兩顆，殘碑?dāng)?shù)通。

  （2）前殿制式規(guī)格分析：

  面闊三間，進(jìn)深七檁，后改為壟脊，殘留正脊吻座，硬山頂，前置月臺，臺上有百年柏兩株，據(jù)傳殿內(nèi)原供真武神，殿內(nèi)兩山墻體繪有壁畫，為釋迦本生圖和道教圖案。

  （3）東西耳殿制式規(guī)格分析：

  位于前殿東西兩側(cè)，與其共用一山墻，面闊三間，進(jìn)深五檁，硬山頂，此兩殿原為僧侶生活區(qū)，前檐靠近前殿一間處設(shè)南北墻，使東西耳殿明間及另一次間廟宇院落隔離，另靠前殿一間處為過門，傳說西為生門，東為鬼門。

  （4）二進(jìn)院正房制式規(guī)格分析：

  硬山式，面闊三間，開間均3.3米，進(jìn)深4米，前后廊深1.1米，合瓦屋面，過壟脊帶排山鈴鐺，后廊改成室內(nèi)。梁架被后加吊頂遮擋。門窗已被替換。

  （5）二進(jìn)院東、西廂房制式規(guī)格分析：

  均硬山式，面闊三間，左右開間均為3.2米，中間3.42米米，進(jìn)深兩間3.6米，前廊深0.9米，合瓦屋面，過壟脊帶排山鈴鐺。門窗已被替換屋頂瓦面破損缺失，需要修復(fù)，并對屋頂進(jìn)行除草清理。

  （6）后殿制式規(guī)格分析：

  硬山過壟脊，面闊5開間，黃琉璃綠剪邊筒瓦，金龍和璽彩畫，月臺高大。東西配殿各5間。院中柏樹參天，甬道用各色石子拼成圖案。二進(jìn)院正房東、西耳房：面闊兩間4.4米，硬山式，合瓦屋面。有廊將正房及廂房相連，廊寬0.9米，屋頂瓦面破損缺失，脊獸有不同程度風(fēng)化破損需要修復(fù)，并對屋頂進(jìn)行除草清理。

  表1 元圣宮內(nèi)部建筑規(guī)格分析表 （來源：自制）

  針對傳統(tǒng)方式與本次數(shù)據(jù)采集方式我從最重要的兩個(gè)方面進(jìn)行對比，分別是數(shù)據(jù)采集效率以及數(shù)據(jù)采集的精確度。因?yàn)槲艺J(rèn)為同過這兩個(gè)方面對兩種數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)后可以很好的尋找到更優(yōu)的數(shù)據(jù)采集方式。

  首先是數(shù)據(jù)采集效率，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工具主要是利用直尺、皮尺、水準(zhǔn)儀、測距儀對建筑物進(jìn)行測量，一般情況下都需要攀爬到建筑物屋身以及屋頂或是房梁枋條上對古建筑物進(jìn)行測量，再或者是在古建筑外搭腳手架進(jìn)行測量，這樣會因?yàn)榕逝缹沤ㄖ锊糠值胤皆斐啥纹茐?，而且十分耗費(fèi)時(shí)間成本，一般測繪一棟面闊三間進(jìn)深三米的抬梁式古建筑時(shí)，需要花費(fèi)三個(gè)人至少兩天的時(shí)間才能答題完成數(shù)據(jù)采集，但利用FARO激光雷達(dá)和無人機(jī)的配合下，F(xiàn)ARO激光雷達(dá)可以完成人視角以內(nèi)的數(shù)據(jù)采集，無人機(jī)則可以代替爬到屋頂上測繪的人，直接飛到屋頂上方進(jìn)行正射拍照即可，無需攀爬古建筑就能在三個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集以及內(nèi)業(yè)解算的工作量。在降低了人工成本的同時(shí)極大的提高了工作效率。

  其次時(shí)在數(shù)據(jù)采集的精度上，傳統(tǒng)的測量工具例如直尺卷尺一般只能到毫米級別，并且因?yàn)槿藶橐蛩貢幸欢ǖ恼`差，在修復(fù)階段因?yàn)檎`差的存在會耽誤古建筑保護(hù)修復(fù)的時(shí)間，但利用FARO激光雷達(dá)和無人機(jī)的配合下的數(shù)據(jù)采集成果可以精確到毫米后一位小數(shù)，并且誤差僅在毫米級別，原因也很簡單，就是利用FARO激光雷達(dá)和無人機(jī)采集后的數(shù)據(jù)是激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以在各個(gè)點(diǎn)云之間測量，不涉及到人為測量產(chǎn)生的誤差問題很大程度上提高了數(shù)據(jù)采集的精確度，并且數(shù)據(jù)利于整理，對物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)起到推動的作用。