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【学术】贴近摄影测量助力“历史建筑测绘”

2024-05-15 行业新闻

历史建筑是人类智慧的产物，由于自然地理气候、人为等因素，历史建筑逐渐破坏、消失，历史建筑保护传承、修复工作刻不容缓。近年来，无人机的实景三维测绘逐渐成熟，采用贴近摄影测量技术对历史建筑进行建模，能够全方位、直观性的展示现状历史建筑面貌，为数字化数据建档、修缮建筑工作，提供重要的数据技术支撑。

公司承接莆田市历史建筑测绘建档业务，“东吴石塔”建筑是其中之一，建筑建于明万历46年（1618年），坐西朝东，仿木楼阁式石塔，七层八角，以曲折梯通道通上层外廊，塔身有武士像、浮雕等，是省级文物保护单位。随着时下人们对古建筑的认可和重视，慢慢的变多的古建筑开始得到保护和修缮[1]，在修缮前有必要进行详细测绘[2]。历史建筑测绘主要内容：鸟瞰图、现状地形图、各层平面图、俯视平面图、东南西北立面图、剖面图、典型构件大样图。传统的测量方法主要有尺量法、全站仪法等，这一些方法虽可以有效的进行测量，但是对于高层复杂立面的建筑、斜面或圆状的建筑，测量效率低、累计误差大，不能全面获取整个面的尺寸、纹理信息[3]。因此，利用无人机的“贴近摄影测量”技术，能解决上述问题。

首先，收集古建筑的历史资料、测绘基础资料；其次，利用无人机对石塔周边30米范围内的地形地貌进行倾斜摄影测量，对石塔进行环绕式的贴近摄影测量；然后，运用三维重建软件进行精细化建模；最后，利用绘图软件生产数字化地形图、立面图、大样图等测绘产品。技术路线技术路线图

3.1倾斜摄影测量是飞行平台搭载相机从多个不同的视角同步采集地表影像，获取丰富的地表信息用于测绘地理信息产品生产[4]。石塔测区的地形地貌拍摄，利用“大疆精灵Phantom 4 RTK”进行“五向飞行”航线贴近摄影测量，通过多角度对地物贴近物体表面摄影获取超高分辨率影像，提取精细化地理信息，可以在一定程度上完成厘米甚至毫米级的地物分辨率要求，详细地还原地表和物体结构的特点。对石塔进行近距离手动控制无人机拍摄，观察石塔，如图2，每层都有栏杆、外观结构基本一致。笔者把石塔分成8段，每层为1段，每段4圈环绕飞行拍摄，如图3。

三维模型重建就是从拍摄数据提取信息，用软件重建出物体的三维逼真的三维模型。在这里笔者用“大疆智图”软件，对倾斜、贴进摄影相片结合CORS解算的高精度POS数据实施免像控方法空三建模及解算，通过高效的影像匹配算法，自动匹配出影像的海量同名点，并从影像中抽取足够的特征点构成与影像分辨率相匹配的密集点云[5]，自动生产三维模型，如图4。

用“南方Cass10.1 For AutoCAD2016”软件，“三维测图”功能，根据三维模型及地图图式[6] [7]，描绘地形、地貌等内容，即看即绘制数字化地形图（格式：*.dwg），如图5。

在“南方Cass10.1 For AutoCAD2016”软件，“立面采集”有正射投影功能，生成正投影立面图图片，如图6左图（模型投影的东立面图片）。根据投影立面图片，描绘立面图，如图6右侧（东立面图）。

用大势智慧模型浏览软件“DasViewer”，能查看“石塔”的外观细节，是否有裂缝、脱落迹象，也可以直接在模型上量距[8]，如图7。对“石塔”佛像、浮雕进行放大截图，描绘大样图，如图8。图7模型上量距

笔者在模型上丈量8个尺寸，与在现场用手持测距仪、全站仪相应位置测量距离，作对比，如表1，差值在1~2厘米，完全满足历史建筑测绘的精度要求。

历史建筑测绘，特别在屋顶构造、檐口、高层超高层建筑外墙，采用传统测量方法，是难于接触到，甚至不能达到的地方，危险性较高，并且费时，而无人机运用于测绘，能够完美解决这些难、隐蔽的地方。采用贴近摄影测量，制作的三维模型，精度可靠，表面纹理清晰，观赏性强，为历史建筑数字化建档提供了可视可量的数据，还可以依据三维实景模型辅助古建筑的保护性修缮、更新城市实景三维。