从大自然母亲的地震中保存人类的过去

土木工程师一直在寻找无损测量技术，以帮助评估结构状态。徕卡地球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（专门从事全尺寸结构测试和数值分析的研究实验室）、宫本国际（美国地震和结构工程公司）、Smart Scanning Solutions，LLC（乌兹别克斯坦的三维扫描和建模服务提供商）的成员组成的联合研究团队而BNZ（徕卡地理系统公司在乌兹别克斯坦的代表）一直在乌兹别克斯坦境内历史悠久的丝绸之路沿线的文物古迹部署HDS现实管理技术。已捕获了多个纪念碑，并对其地震敏感性进行了分析。

一开始:评估自然衰退

作为众多遗产古迹的代表性例子，乌兹别克斯坦撒马尔罕的Registan广场乐团入选。该乐团包括1417-1420年的乌鲁贝格宗教学校、1619-1636年的谢尔多尔宗教学校、1646-1660年的蒂利亚科里宗教学校和清真寺以及18世纪的乔苏穹顶市场。

地震、极端的季节性温度、建筑物的正常折旧以及18世纪和19世纪的经济危机，使整个建筑群处于一种毁坏的状态。1923年和1932年对宣礼塔进行了结构维修和校直；然而，近年来进行了重大的修复工程。

用徕卡扫描站从70多个台站扫描了这个集合。除了整体内所有纪念碑的整体尺寸外，扫描还捕获了纪念碑的所有细节：瓷砖形状和尺寸、它们在纪念碑中的总体位置、任何缺陷以及大门和正面的整体几何形状。为了在点密度上达到这一细节水平，所有扫描均以2mm×2mm的密度进行。

扫描数据产生了极有价值的结果，可用于决定进一步修复位于中亚地震多发地区的纪念碑的策略。在从点云生成有限元模型时，使用了Leica Cyclone软件来处理具有复杂几何形状的表面。

智能扫描解决方案公司首席执行官Liliya Myagkova表示:“通过ScanStation实现超高扫描速度的能力，我们能够快速收集对古迹进行彻底调查所需的数据。””,气旋简单的注册使团队能够处理点云进行快速分析。”

其中一座倾斜尖塔的点云回答了有关结构中倾斜量的问题。根据对点云的分析，估计倾角为4.6%。宣礼塔最初的锥度估计为2.3%。

新的探险和激光扫描监测

激光扫描探险队扩大到了新的城市。大量历史建筑包括乌兹别克斯坦的许多城市：布哈拉、沙赫里西巴兹和塔什干。此外，还对撒马尔罕的更多历史建筑进行了扫描。

Shakhrisyabz位于乌兹别克斯坦南部，距离撒马尔罕以南约80公里。曾经是中亚的一个主要城市，今天主要以14世纪图尔科蒙古征服者帖木儿的出生地而闻名。扫描后的纪念碑，Kuk Gumbaz（蓝色圆顶）清真寺，来自帖木儿王朝时期，它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多次修复和加固工作。

这座历史性的纪念碑是从13个车站用一张照片扫描的徕卡扫描站C10．在Cyclone中进行了数据配准，最终配准中使用的所有扫描的误差不超过3毫米。从外部、主厅内部以及入口和主体结构之间有大裂缝的楼梯内部对纪念碑进行了扫描。

由于乌兹别克斯坦的极端大陆性气候，研究团队需要确保它能够依赖这些仪器。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。”“完整的360°x 270°视野也确保了对古迹复杂表面的扫描能够捕捉到所有特征，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。对主入口从穿过两个桥墩底部的垂直面倾斜的情况进行了调查。入口的倾斜度从南向北增加，在北上角的最大差异位移为0.6 m。为确保入口的倾斜程度不会继续，建议通过激光扫描进行定期监测。还建议继续安装激光靶，以提高监测的准确性。永久安装的目标在不同时间收集的点云之间提供一致的比较。

有限元模型的几何结构由点云生成。所有主要缺陷和现有钢筋均包含在模型的几何结构中。在专业软件SAP2000中进行数值建模和后续分析。

由于砖墙的材料特性存在很大的差异，因此对从现场回收的砖块进行了材料试验。在软件中使用材料特性进行精确建模。

尖塔被扫描在不同的时间，以检查倾斜是否随着时间的推移。第一次扫描是由ScanStation C10第二个点云由P系列扫描站采集。第一次扫描注册到Cyclone中的第二次扫描。在每个标高处，倾斜以矢量的形式进行估算，具有方向性和数值。后一种结果利用了高清晰度激光扫描的主要优势，该扫描捕获了无法通过其他方法获得的表面多个点。

更多保护的未来研究

这些测试项目赢得了乌兹别克斯坦处理遗产建筑的当局的兴趣和合作。这为沿着乌兹别克斯坦的撒马尔罕、布哈拉、塔什干和Shakhrisyabz地震活跃区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，产生了先进的校准模型，考虑了砖的特性、当前条件和以前的结构加固。正在制定长期监测战略，并根据研究数据提出保护建议，包括对一座活跃清真寺中存在多种结构问题的减震装置进行调查。

“激光扫描有助于我们捕捉历史文物的结构异常，这样我们就可以为子孙后代保护它们，”宫本国际地震工程部经理阿米尔·吉拉尼（Amir Gilani）说。“如果没有这种先进的技术，将很难获得对结构分析至关重要的几毫米精度的历史建筑的竣工几何。”

为了表彰该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，这是一个为濒危文化遗产编目和存档的国际努力。