利用无人机贴近摄影测量重建文物三维模型初探

付娆

（辽宁省自然资源事务服务中心，辽宁沈阳 110032）

作为城市历史的“活化石”，古建筑具有重要的文化历史传承价值。“个性”消失的背后意味着文化历史传承的断档。城镇化城市化进程中，包括古建筑在内的一些具有历史文化传承价值的建筑如何保护和延续。仅仅短短30年间，全国已消失4万多处不可移动文物，历史建筑遭到近乎毁灭性拆除，取而代之是大批丧失个性的高楼大厦。如何从根本上解决城市开发与文物保护及文化传承的矛盾，是城市发展中面临的紧迫命题[1]。

随着数字技术和无人机技术的不断发展，近年来贴近摄影测量的技术日益成熟。利用拍摄设备贴近物体表面摄影，获取亚厘米级高清影像并进行摄影测量处理[2,3]，从而恢复被摄对象的精确坐标和精细形状结构来重建精细三维模型，弥补了其他摄影测量无法达到的精度要求[4,5]，其成果可为文保部门提供重要的基础参考。

一、技术流程

无人机贴近摄影的总体技术流程如图1所示。

图1 无人机贴近摄影技术流程图

二、实际案例

1.文物简介

本次结合沈阳市历史建筑测绘建档工作，需要对沈阳市中山广场的毛主席雕像进行无人机贴近摄影。该文物为1969年制作，距今已超过50年，为省级文物保护单位（图2）。该文物总高20米，历经多次修缮。由于其整体高度以及雕塑群的高低错落，三维激光扫描等常规方式无法实现隐蔽部位数据采集。为此，受相关部门委托于2020年6月对其进行了无人机贴近摄影，以获取三维模型等产品用于文物管理。

图2 中山广场雕塑实景

2.前期准备

本次影像采集硬件采用飞马D200旋翼无人机搭配单头2400万像素的超高精度D-0P300五镜头模组（图3），并采用手动控制模式，实现对目标雕塑的贴近摄影。

图3 飞马D200搭配D-0P300五镜头模组

采用Bentley Context Capture软件（图4）用于处理数据并生成产品。计算硬件方面，使用高性能的集群显著降低生产时间。

图4 Bentley Context Capture软件及集群

3.数据采集加工

现场采集时由于为手动控制，对于飞手的要求非常高。除了常规的环绕飞行之外（表1，图5），针对重点的隐蔽区域，如人物雕像与主雕像的相间区域均需要动态调整甚至悬停拍摄，总计拍摄照片1068张，地面分辨率达2.1357毫米/像素。

图5 环飞场景覆盖

表1 连接点质量度量

数据生产时，重点考虑了模型的精细化程度，故在Context Capture软件中选择了最高处理参数，空三处理时间2小时，生成OSGB模型时间4小时，模型修饰加回滚时间8小时，共生成60块瓦片，分辨率范围从0.0058米至0.047米。

针对模型的部分细节不够精细，分析了具体原因，进行了技术处理（图6）。

图6 空三中像片与实景关系

5.数据发布

数据生产完毕之后，考虑到文保部门的具体需求，采用Bentley Context Capture Viewer软件进行了数据发布并于文保部门安装了客户端，以方便其管理（图7，图8）。

图7 最终模型效果图

图8 最终模型发布效果图

三、结论

贴近摄影测量作为目前最精细化的采集手段，从实际案例来看，最终的成果分辨率范围从0.0058米至0.047米，仅耗时1天即可完成单体建筑的建模和发布，精度和效率处于领先地位。目前，贴近摄影技术还受到天气、人员能力、技术设备门槛等各类条件限制，距离普适化应用还有一段距离。随着云计算的不断成熟和低成本化，以及无人机设备的越来越智能化，未来将广泛地用于文物数字化及文物保护领域并发挥着重要的作用。