保护人类的历史不受大自然地震的影响

土木工程师正在不断地寻找无损测量技术，以帮助估计结构状况。徕卡地理系统公司的高清晰度测量(HDS)或激光扫描满足了这一需求。

由加州大学伯克利分校结构实验室(专门从事结构全尺寸测试和数值分析的研究实验室)、宫本茂国际公司(美国地震和结构工程公司)、智能扫描解决方案、LLC(乌兹别克斯坦的3D扫描和建模服务提供商)和BNZ (Leica Geosystems在乌兹别克斯坦的代表)已经在乌兹别克斯坦丝绸之路沿线的文物古迹中部署了HDS现实管理技术。人们捕获了多个纪念碑，并对其进行了地震易感性分析。

开始:对自然衰退的评估

作为众多遗产古迹的代表，乌兹别克斯坦撒马尔罕的regstan广场建筑群被选中。整个建筑群包括Ulugh Beg Madrasah(1417-1420年)、Sher-Dor Madrasah(1619-1636年)、Tilya-Kori Madrasah和清真寺(1646-1660年)，以及18世纪的Chorsu圆顶市场。

地震、极端的季节温度、建筑物的正常折旧以及18世纪和19世纪的经济危机，都使整个建筑群处于废墟状态。尖塔的结构维修和矫直工作于1923年和1932年进行;不过，近年亦进行了大型修复工程。

整个团队用徕卡扫描台从70多个站点进行扫描。除了整体中所有纪念物的整体尺寸外，扫描还捕获了纪念物的所有细节:瓷砖的形状和尺寸、它们在纪念物中的整体位置、任何缺陷以及门户和立面的整体几何形状。为了在点密度上达到这种程度的细节，所有的扫描都以2mm × 2mm的密度进行。

扫描数据产生了非常有价值的结果，可以用来为位于中亚地震易发地区的纪念碑制定进一步的修复策略。在从点云生成有限元模型时，Leica Cyclone软件用于复杂几何形状的表面。

智能扫描解决方案首席执行官Liliya Myagkova表示:“由于ScanStation能够实现超高的扫描速度，我们能够快速收集对古迹进行彻底调查所需的数据。””,强热带风暴的简单注册使团队能够处理点云进行快速分析。”

其中一个倾斜的尖塔的点云为有关结构倾斜度的问题提供了答案。根据对点云的分析，估计倾角为4.6%。尖塔原来的锥度估计为2.3%。

新的探险和激光扫描监测

激光扫描考察队扩展到新的城市。大量的历史建筑包括乌兹别克斯坦的许多城市:布哈拉、Shakhrisybaz和塔什干。除此之外，还扫描了撒马尔罕更多的历史建筑。

Shakhrisyabz位于乌兹别克斯坦南部，距离撒马尔罕南部约80公里。它曾经是中亚的一个主要城市，今天主要被认为是14世纪土库曼-蒙古征服者帖木儿的出生地。扫描的遗迹，Kuk Gumbaz(蓝色圆顶)清真寺，是帖木尔王朝时代的遗迹，被列入联合国教科文组织世界遗产名录。这座纪念碑建于1437年，几个世纪以来经历了几次修复和加固工作。

从13个站点扫描了这座历史遗迹徕卡ScanStation C10．数据配准在Cyclone中执行，最终配准中使用的所有扫描的误差不超过3毫米。人们从外面、主厅内部和楼梯内部对纪念碑进行了扫描，楼梯入口和主体结构之间有一个大裂缝。

由于乌兹别克斯坦是极端的大陆性气候，研究小组需要确保能够依靠这些仪器。由于C10可以在零下20摄氏度到+50摄氏度的任何温度下工作，它是这个项目的理想选择。”“360°x 270°的全景视野也确保了对纪念碑复杂表面的扫描，将捕捉到所有特征，并使研究人员的过程更简单。”

对纪念碑的点云进行了异常调查。研究了主门从垂直平面通过两个桥墩底部的倾斜度。闸门倾角由南向北增大，最大位移差在顶部北角处为0.6 m。为了确保这种程度的门脉倾斜不进展，建议进行激光扫描定期监测。还建议继续安装激光靶，以提高监测的准确性。永久安装的目标提供了在不同时间收集的点云之间的一致比较。

有限元模型的几何形状由点云生成。所有主要的缺陷和现有的加强都包含在模型的几何形状中。数值模拟和后续分析在专业软件SAP2000中进行。

由于砌体墙的材料特性有很大的变异性，因此对从现场回收的一块砖进行了材料测试。材料属性被用于软件中进行精确建模。

在不同的时间对尖塔进行扫描，以检查倾斜是否随时间推移而变化。第一次扫描是由ScanStation C10第二点云由p系列ScanStation采集。第一次扫描记录到气旋的第二次扫描。在每个高度上，倾角被估计为一个具有方向性和值的矢量。后者的结果利用了高清晰度激光扫描的主要优点，可以捕捉到表面的多个点，不能通过其他方法获得。

未来的研究更多的保护

这些试验项目赢得了乌兹别克斯坦文物建筑管理部门的兴趣和合作。这为在乌兹别克斯坦的撒马尔罕、布哈拉、塔什干和Shakhrisyabz的活跃地震带进行额外的遗产扫描提供了许可。

通过HDS扫描与材料测试相结合，生产出了先进的校准模型，包括砖的性能、当前条件和以前的结构加固。目前正在制定长期监测的策略，并根据研究数据提供保护建议，包括对一个具有多重结构问题的活跃清真寺的阻尼装置的调查。

“激光扫描帮助我们捕捉历史文物的结构异常，这样我们就可以帮助为后代保护它们，”宫本茂国际地震工程部经理Amir Gilani说。“如果没有这种先进的技术，将很难获得精确到几毫米的历史建筑几何形状，这对结构分析至关重要。”

为了表彰团队的努力和收集数据的价值，点云被纳入CyArk 500挑战数据库，这是一个收录和归档濒危文化遗产的国际努力。