随着三维激光扫描仪的轻扫，天坛黄干殿汉白玉栏杆上的装饰图案和斑驳的外墙清晰地出现在屏幕上。近日，北京青年报记者跟随北京市测绘院轴线测绘团队实地勘测天坛公园，了解数字双轴背后的故事。据介绍，受北京市文物局和北京文化遗产研究院委托，自2020年9月起，北京市测绘院组织了200余人的技术团队，对中轴线遗址进行实地测绘。这是历史上第一次在中轴线遗址上开始大规模的测绘工作。通过数字化测绘技术，高精度恢复了中轴线上的35处古建筑及其周边遗址，为规划审批、环境整治、科学考古、遗产监测提供了坚实的数据基础，助力中轴线实现信息化、智能化、精准化遗产保护。
使用三维激光技术
天坛双数码复制品
确定测站位置、固定激光扫描仪、天坛黄干厅一角，北京测绘院两名测绘人员开始对黄干厅进行测绘。随着扫描仪上激光发射器的360度旋转，发射的激光照射到建筑物上，然后反射回来。通过计算往返距离，确定位置，就会计算出反射点的空坐标。
在激光扫描的同时，安装在扫描仪上的镜头也在拍摄全景照片，提取测绘建筑物的颜色信息。当每个空之间的坐标与颜色信息相匹配，点连成线，点连成面，电脑屏幕上就会出现“数字孪生版”的黄干音乐厅。“就像中国的工笔画一样，精细到每一根头发都被描绘成原样。”北京市测绘院副院长安智说。
在厅外，另一位测绘工程师陈正背着一台背负式三维激光扫描仪，对祈年殿外的砖石路面进行测绘。这个重达30多公斤的大家伙顶部安装了一个激光发射器、五个镜头和一个卫星接收天线。背包下面是计算机和电池系统，具有很强的处理和计算能力。可移动的背包扫描仪可以获取更大范围的数据，主要负责建筑物外的场地测绘。大到建筑物，小到一棵树、一幅风景素描，车辆无法进入的地方，都必须由工作人员徒步勘察。“每次工作，上下午都有两个人轮班，每人每天能走两三万步。”陈对说:
对于安志明和他的团队来说，天坛是他们测绘的终点。受北京市文物局、北京市文化遗产研究所委托，北京市测绘院于2020年9月组织了200余人的技术队伍，对中轴线遗址进行实地测绘。这是历史上第一次在中轴线遗址上开始大规模的测绘工作。数字化测绘工作完成后，一个数字化孪生版本的中轴线将呈现在世人面前。
从2D手动到3D智能
雕刻精度达到毫米级。
从事测绘29年，安志明记得自己刚入行时，唯一使用的工具就是全站仪。这个工具一次只能测量一个点，只能测量空之间的位置。今天的激光扫描仪一次可以测量上万个点，不仅可以测量空之间的位置，还可以记录纹理和颜色。“那时候，梁思成和林都在搞古建筑测绘。当时他们还需要搭好脚手架，用卷尺手工测量，然后在图纸上画出来。精度是厘米甚至分米。”安智说。
技术发展带来的最直观的变化就是精度的不断提高。中轴线上的建筑测绘精度可以达到毫米级，每块砖和墙皮上的裂缝都可以清晰的表现出来。安志明介绍，不仅是建筑，中轴线遗址的遗址也会仔细扫描。祈年殿外砖石路面上的任何破损都逃不过扫描仪的“眼睛”。如此精细的工作，将为以后的修复提供数据支持。
随着精度的提高，测绘人员的劳动强度大大降低，测绘工作也从二维手工向三维自动化、智能化转变。如果早些时候搭起脚手架进行人工勘测，需要一个月左右才能勘测完祈年殿的建筑本体，而现在勘测天坛公园的建筑和遗址只需要10到12天，大大提高了测绘效率。
技术的加持极大的方便了测绘工作，扫描的完整性才是真正考验测绘人员智慧和耐心的地方。在占地215万平方米的天坛遗产区，需要工作人员精心设计扫描点和路线，清晰再现每一个细节。“我们会站在每个地方不同的角度。比如，我们需要绕三圈，以确保每个部分都被扫过。”安志明告诉北青报记者，站间重复率一般能达到20%，但我们会远远高于这个比例。一般来说，黄干馆只能放四个角，我们会放20多个，这是考虑到零件的整体性。"
找到消失了近90年的立交桥
数字技术有助于考古新发现
精细完整的实地扫描并不是测绘的终点。对于扫描的数据，现场工作人员需要投入大量精力进行数据的后处理、分析和构建。“像拼图一样，外勤人员把每个拼图做好，内部人员负责把零散的拼图拼起来。”享受国务院政府特殊津贴的北京测绘院专家陈品祥告诉北青报记者。
品相陈介绍，拼起来之后，业内人士还需要摆正位置，然后搭建一个三维模型，搭建一个平台，这样整个过程之后，才能把真正的三维中轴线呈现给大家。去年，在北京展览馆“奋进新时代”主题成果展上，真正的三维中轴线首次呈现在公众面前。“景山鼓楼相视，正阳门俯瞰天安门广场”、“永定门雪景”等这些难得一见的场景，通过屏幕呈现在观众面前，让观众仿佛身临其境。展览只是真正的三维中轴线的应用场景之一。陈品祥告诉北青报记者，作为数据基础，实景三维中轴线的应用场景非常丰富，从规划审批、环境整治到科学考古、遗产监测，随处可见。
绵延7.8公里的北京中轴线，历经元、明、清、近代七个多世纪的历史积淀，在历史变迁中不断变化，一些遗产地也消失在历史的长河中。在测绘中轴线的过程中，利用三维测绘地理信息技术对消失近90年的立交桥进行了精确定位。据史料记载，天桥是明清两代皇帝前往天坛祭天的必经之路，也是北京中轴线的重要节点。但经过多次改造，如降低拱桥、扩建路面、拆除围栏等，老立交桥地面上的痕迹已经消失。此前，北京也多次尝试寻找立交桥原址。“这次我们灵机一动，找桥先找水，水和中轴线的交汇处就是立交桥。”陈品祥说。
顺着这个思路，北京市测绘院的工作人员发现立交桥位于龙须沟上方，而龙须沟在上世纪20年代整改疏通的时候还盖着盖板，于是工作人员前往调查地下排水管道。“我们拿着仪器一个一个检查，发现一条沟的盖板明显和别人不一样。”陈品祥介绍，工作人员在1980年就确认了管道在龙须沟所在位置，结合测绘院在管道勘测时留下的资料，从而准确找到了立交桥原址。
遗产监测系统有助于
智能和精确的保护
经过几个世纪的历史洗礼，中轴线上的遗产地不可避免地变形和损坏。变形值和损坏程度是多少？未来，测绘形成的实景三维数据将为遗产监测提供坚实的数据支撑。2023年1月，《中轴线保护管理规划(2022 -2035)》正式实施，规划中提到要建立高标准的遗产监测体系，通过对遗产保存的空格局和本体、自然和社会环境条件等的监测，提高预防性保护管理水平。
中轴线测绘将是建立遗产监测系统的重要数据基底。安智明介绍，中轴线遗产监测平台分为本体监测和风貌监测两方面。本体监测针对文物本身，通过不同周期扫描，建筑物局部形变、细小的裂缝也能被精确监测，为后期的管理和修复提供数据支撑。“扫描获得的三维模型精度达到毫米级，比航飞获得的模型精度只能达到厘米级更能监测出遗产本体细微的变化。”安智明说，除了文物本体监测信息，实景三维技术还能加入道路监测信息、人口监测信息等，实现信息化、智能化、精准化的遗产保护。文/本报记者 张月朦 【编辑:卞立群】