Deformation och skadedetektering av Tulou baserat på multisource 3D punktskymfusion

Varför antika jordhus fortfarande är viktiga i dag

Runt kullarna i sydöstra Kina står stora cirkulära jordhus kallade Tulou, varav några är mer än 300 år gamla. Dessa gemensamma byggnader är fortfarande bebodda, men tidens tand, väder och moderna påfrestningar nöter sakta på dem. Studien som sammanfattas här visar hur verktyg som annars förknippas med högteknologiska fabriker och ingenjörslabb — laserskannrar, drönare och 3D-modellering — kan användas för att ge dessa känsliga konstruktioner en detaljerad ”hälsokontroll”, hjälpa konservatorer att upptäcka problem tidigt och bevara detta kulturarv för kommande generationer.

Liv inuti ett jättelikt jordfort

Tulou är monumentala lera-och-trä-bostäder byggda av Hakka‑samhällen i Fujianprovinsen. Utifrån ser en Tulou som Jinjiang Tulou ut som en enorm ringformad befästning av packad jord; inuti är det en vertikal by, med staplade trärum som omsluter en gemensam innergård. Denna utformning har skyddat familjer från banditer, stormar och jordbävningar i århundraden. Men de tjocka jordväggarna och träbjälkarna som gör Tulou så karaktäristiska är samtidigt sårbara för långsam nedbrytning av regn, fukt som tränger in i väggarna och konstant vind. Sprickor, utbuktningar och röta kan växa i åratal innan någon märker att byggnadens form avviker från vad tyngdkraften och säkerheten kräver.

Att omvandla en historisk byggnad till en precis 3D-modell

För att gå bortom tumstockar och visuella gissningar kombinerade forskarna tre beröringsfria verktyg: en markburen 3D‑laserskanner, en kamerautrustad drönare och handhållna digitalkameror. Skannern sveper Tulou från marken med miljontals laserpulser och registrerar exakta positioner för punkter på väggar och konstruktion ner till millimetern. Drönaren flyger ovanför och runt byggnaden och tar överlappande fotografier som kan omvandlas till en 3D‑modell, särskilt fångande tak och övre väggar som markskannern inte når. Handhållna kameror tillför närbildsdetaljer av texturer och ytskador. Med specialiserad programvara justerade teamet noggrant dessa olika datamängder så att de passar ihop som lager i en enda, mycket detaljerad digital tvilling av Jinjiang Tulou.

Göra stora datamängder tillräckligt tunna för att läsa

En sådan digital tvilling innehåller miljarder punkter — för många för att analysera direkt och effektivt. Gruppen testade flera metoder för att tunna ut denna ”punktmoln” utan att förlora viktig detalj. Vid slumpmässig sampeling behålls bara vissa punkter per en slumpmässig urvalsprocess; vid rumslig sampeling tas punkter som ligger för nära varandra bort för att lämna ett jämnt rutnät; vid intensitetsviktad sampeling väljs punkter baserat på hur starkt laserretursignalen var. Genom att jämföra de resulterande modellerna av en enskild träpelare fann de att rumslig sampeling bevarade pelarens verkliga form bäst, medan intensitetsbaserad sampeling jämnade ut viktiga dalar och toppar. Detta noggranna beskärningssteg gjorde det möjligt för forskarna att behålla precis tillräckligt med data för att tydligt se små deformationer, samtidigt som beräkningstiderna hölls hanterbara.

Avläsa sprickor, lutningar och ojämna golv

Med den strömlinjeformade 3D‑modellen i handen behandlade teamet Tulou som om byggnaden kontrollerades på en fabrikslinje. För ringväggen av jord skar de modellen i horisontella och vertikala sektioner och anpassade varje skiva till en ideal geometrisk form — i praktiken frågande: ”Hur cirkulär och vertikal skulle denna vägg vara om den var perfekt?” De mätte sedan hur långt den verkliga väggen avvek från det ideala. Resultaten visade att stora delar av ytterväggen inte längre matchar en ren cirkel och lutar mer än rekommenderade gränser på många ställen. På andra våningens gångväg visade en färgkodad höjdkarta upphöjda och nedsjunkna plattor, vilket bekräftade synliga utbuktningar och sprickor. För träpelarna anpassade forskarna idealiska cylindrar till toppen och botten av varje pelare och jämförde deras mittpunkter. De små horisontella förskjutningarna omvandlades till små lutningsvinklar; samtliga sex testpelare höll sig inom nationella säkerhetsstandarder, vilket tyder på att träramen förblir strukturellt sund trots synlig ålder.

Vad detta innebär för att rädda jordbaserat kulturarv

För icke‑specialister är huvudbudskapet att vi nu kan ”se” hur en antik byggnad deformeras på sätt som är för subtila för blotta ögat — och göra det utan att röra eller skada den. Genom att omvandla Jinjiang Tulou till en precis 3D‑datamängd visar studien hur kulturarvsvårdare kan gå från subjektiva intryck — ”väggen ser okej ut” eller ”den där sprickan verkar oroande” — till mätta värden för vägglutning, golvojämnheter och pelarlutning. Författarna menar att dessa digitala referensnivåer kan fungera som grund för långsiktig övervakning, införlivas i digitala byggnadsregister och till och med träna artificiell intelligens att känna igen tidiga tecken på problem. Kort sagt, industriklassad 3D‑mätning, tidigare reserverad för nybyggnation och tillverkning, blir en kraftfull allierad för att hålla sårbara jordbaserade landmärken som Tulou säkra, stabila och levande.

Citering: Zhang, J., Zou, S., Zhang, W. et al. Deformation and disease detection of Tulou based on multi-source 3D point cloud fusion. npj Herit. Sci. 14, 66 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02333-w

Nyckelord: Fujian Tulou, 3D laserskanning, UAV-fotogrammetri, kulturarvskonservering, strukturell hälsomonitorering