利用無人機貼近攝影測量重建文物三維模型初探

付嬈

（遼寧省自然資源事務服務中心，遼寧沈陽 110032）

作為城市歷史的“活化石”，古建筑具有重要的文化歷史傳承價值。“個性”消失的背后意味著文化歷史傳承的斷檔。城鎮化城市化進程中，包括古建筑在內的一些具有歷史文化傳承價值的建筑如何保護和延續。僅僅短短30年間，全國已消失4萬多處不可移動文物，歷史建筑遭到近乎毀滅性拆除，取而代之是大批喪失個性的高樓大廈。如何從根本上解決城市開發與文物保護及文化傳承的矛盾，是城市發展中面臨的緊迫命題[1]。

隨著數字技術和無人機技術的不斷發展，近年來貼近攝影測量的技術日益成熟。利用拍攝設備貼近物體表面攝影，獲取亞厘米級高清影像并進行攝影測量處理[2,3]，從而恢復被攝對象的精確坐標和精細形狀結構來重建精細三維模型，彌補了其他攝影測量無法達到的精度要求[4,5]，其成果可為文保部門提供重要的基礎參考。

一、技術流程

無人機貼近攝影的總體技術流程如圖1所示。

圖1 無人機貼近攝影技術流程圖

二、實際案例

1.文物簡介

本次結合沈陽市歷史建筑測繪建檔工作，需要對沈陽市中山廣場的毛主席雕像進行無人機貼近攝影。該文物為1969年制作，距今已超過50年，為省級文物保護單位（圖2）。該文物總高20米，歷經多次修繕。由于其整體高度以及雕塑群的高低錯落，三維激光掃描等常規方式無法實現隱蔽部位數據采集。為此，受相關部門委托于2020年6月對其進行了無人機貼近攝影，以獲取三維模型等產品用于文物管理。

圖2 中山廣場雕塑實景

2.前期準備

本次影像采集硬件采用飛馬D200旋翼無人機搭配單頭2400萬像素的超高精度D-0P300五鏡頭模組（圖3），并采用手動控制模式，實現對目標雕塑的貼近攝影。

圖3 飛馬D200搭配D-0P300五鏡頭模組

采用Bentley Context Capture軟件（圖4）用于處理數據并生成產品。計算硬件方面，使用高性能的集群顯著降低生產時間。

圖4 Bentley Context Capture軟件及集群

3.數據采集加工

現場采集時由于為手動控制，對于飛手的要求非常高。除了常規的環繞飛行之外（表1，圖5），針對重點的隱蔽區域，如人物雕像與主雕像的相間區域均需要動態調整甚至懸停拍攝，總計拍攝照片1068張，地面分辨率達2.1357毫米/像素。

圖5 環飛場景覆蓋

表1 連接點質量度量

數據生產時，重點考慮了模型的精細化程度，故在Context Capture軟件中選擇了最高處理參數，空三處理時間2小時，生成OSGB模型時間4小時，模型修飾加回滾時間8小時，共生成60塊瓦片，分辨率范圍從0.0058米至0.047米。

針對模型的部分細節不夠精細，分析了具體原因，進行了技術處理（圖6）。

圖6 空三中像片與實景關系

5.數據發布

數據生產完畢之后，考慮到文保部門的具體需求，采用Bentley Context Capture Viewer軟件進行了數據發布并于文保部門安裝了客戶端，以方便其管理（圖7，圖8）。

圖7 最終模型效果圖

圖8 最終模型發布效果圖

三、結論

貼近攝影測量作為目前最精細化的采集手段，從實際案例來看，最終的成果分辨率范圍從0.0058米至0.047米，僅耗時1天即可完成單體建筑的建模和發布，精度和效率處于領先地位。目前，貼近攝影技術還受到天氣、人員能力、技術設備門檻等各類條件限制，距離普適化應用還有一段距離。隨著云計算的不斷成熟和低成本化，以及無人機設備的越來越智能化，未來將廣泛地用于文物數字化及文物保護領域并發揮著重要的作用。