摄影测量在古建筑的应用

宋桂花

(山东建材勘察测绘研究院有限公司，山东 济南 250000)

0 引 言

摄影测量是摄影技术的一种延伸，能根据立体视觉的相关原理，对建筑物进行全方位的摄影，然后根据相关的模型测算出古建筑物的结构特征和空间坐标。这种方式能够实现对建筑物的信息采集，能为建筑物的后续维修、重建提供数据支持[1]。同时也降低了人工测量中存在的问题，提高了工作的效率。摄影测量技术完美解决了传统模式测量中存在的一些问题，因此对摄影测量的研究就显得尤为重要。

1 摄影测量技术介绍

从摄影测量技术的发展角度来看，常见的摄影测量技术有竖向摄影测量技术和倾斜摄影测量技术。下文分别对这两种测量技术进行介绍。

1.1 竖向摄影测量技术

竖向摄影测量顾名思义就是飞机在飞行的过程中对地面进行垂直且连续的拍照，然后通过相关的实地处理软件来提取的影像信息。但是这种信息只是俯拍的结果，只能提供垂直视角的信息，这是以往常用的一种摄影方法。竖向测量导致相片的倾斜角度在3°以下。

1.2 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术和竖向摄影测量技术不同，它扭转了飞行器在测量中只能垂直向下拍照的限制，能从多个角度对目标进行拍摄[2]，然后运用相关的处理软件对照片进行联合平差以及关键点的快速匹配，从而得出目标的完整模型，可以是正面影像，也可以是侧面影像。但是最终能够用计算机输出三维的立体模型。

2 倾斜摄影测量技术在古建筑测绘中的应用

2.1 古建筑测绘的目标

一般而言，古建筑的测绘分为两个阶段，第一是外业阶段，第二是内业阶段，前者主要是通过实际的调查，获取古建筑的相关数据和影像资料，后者是根据所获得的数据，运用相关的软件建立古建筑的三维模型，绘制平面图。

古建筑测绘外业阶段的目标：首先是通过测量获得古建筑的平面数据和剖面数据，其次是用无人机进行航拍，获得屋顶的影像。

古建筑测绘内业阶段的目标：首先是运用软件生成三维单体模型，能在模型上进行数据的测量，其次生成三维模型，能给古建筑的修复提供积极因素，也可以在软件中实现进一步的编辑。

2.2 古建筑测绘的方法

目前在古建筑测绘中，常见的方法有：

(1)人工测绘。人工测绘主要能实现对平面数据和剖面数据的测量[3]，而且能绘制出平面图和剖面图.

(2)倾斜摄影测量。通过这种技术，能运用无人机进行航拍，从而获得古建筑的三维数据，通过有关软件的处理，输出三维立体模型。

从上可知，古建筑的测绘一般是由人工测绘和倾斜摄影测量测绘共同完成的。同传统的人工测绘方法不同，倾斜摄影测量技术重新梳理了测绘的顺序。第一，是要人工进行数据的简单测量，然后运用无人机进行航空拍照；第二，将所收集的数据进行处理，通过相关软件的操作，形成三维立体模型的输出；最后，绘制平面图形等。

使用摄影测量技术进行测绘是非常必要的。因为，摄影机具有速度快、数据精准度高的特点。能够快速获得古建筑物的立体图像。而倾斜测量技术又分为航拍仪航空摄影和近景摄影测量。前者一般应用于大型目标的测绘，其分辨率一般在10 cm以下，其测绘的对象通常为大型历史建筑、水利工程、矿山工程等。

2.3 古建筑测绘的工具

此次测绘所用的无人机是大疆旗下的御2行业进阶版。这款无人机的摄影质量好、速度快、稳定性强，其具体技术参数见表1。

表1 大疆无人机参数

人工测绘主要运用到的工具有卷尺、激光测绘仪和塔尺等。

2.4 航测范围确定

无人机的航拍数据采集过程一般会分为三个阶段，第一是要确定拍摄的范围，第二是要调整无人机的拍摄参数，第三是操作无人机进行拍摄[4]。

在后续输出三维模型的过程中。拍摄的照片质量直接影响了三维模型的质量。虽然计算机软件在处理的过程中也会产生一定的影响，但是这种影响不会太大，软件会按照固定的程序和命令进行计算。照片的质量也受到了相机分辨率、相机传感器尺寸等方面参数的影响，除此之外，航拍时的天气也会影响到照片的质量。

在确定航班范围之前，要对周边的环境做评估和了解，因为很多古建筑都地处偏僻，周围的基础设施比较落后，而且周边的房屋布局也比较凌乱，所以无人机要寻找一个平整的起飞地点，且在天气良好、适合航拍的时间。

如果古建筑物周边的电线比较多，而且布局比较凌乱，那么最好能够确保无人机的正上方有一个空旷的空间，这样一方面能够为无人机的快速起降提供条件，另一方面，如果无人机在空中遇到意外情况，可以迅速返回。

如果古建筑物周边的树木比较多，那么无人机航拍的时候，就应该考虑到树木的高度。一般来讲，飞行的高度越高，那么所拍摄的照片质量就越差，而且飞行的半径能够对飞行角度产生重要的影响，所以如果遇到周边树木较多的情况[5]，就要增加无人机的飞行高度和飞行半径。这种情况就不可避免地会对照片的质量产生一定的影响。

如果古建筑周边的土地不平整，那么这种情况就会对无人机的拍摄产生一定的影响，因为无人机的起飞和降落需要一块平整的土地。如果无人机的起飞地点距离古建筑比较远，那么就会对无人机的续航时间造成一定的影响，无人机可能不会取得理想的拍摄时长。这种情况就要求拍摄人员平整土地，为无人机的起降创造良好条件。

如果拍摄的天气有大雾时，那么在这种情况下，无人机拍摄的照片质量会比较低。无人机较好的拍摄天气是阴天没有大雾的情况，因为在天气较阴的情况下光线比较均匀，非常有利于无人机相机的曝光。如果天空比较晴朗，那么这种天气也比较适合无人机的作业。这个时候无人机拍摄的照片和视频的质量都比较高，但是也容易产生高曝光的问题，让照片显得偏白。总而言之，无人机在拍摄建筑时要综合考虑上述因素，创造积极条件。

2.5 无人机参数的设定

无人机的航行速度、航行高度、航拍时间、不一样的数值设计都会对航拍所呈现的照片质量产生一定的影响，因此在无人机航空拍摄之前，要设计无人机的飞行距离、电池的电量、考虑到地形和建筑物的分布。

无人机在设定参数时，还应该对建筑物的大小和周边的情况进行了解，从而调整无人机的飞行速度、飞行高度以及拍摄时长，要将照片的重叠率控制在80%左右。无人机在飞行时应该围绕建筑物做环绕飞行，如果遇到数量较多，面积较大的古建筑群，那么就要设计好飞行的路径，确保都能够实现对每一个单独建筑主体的拍摄。

2.6 无人机航空拍摄

一定要提高拍摄的针对性，针对不同的建筑物采用个性化的拍摄方案。而且一旦拍摄的过程中出现变化，就要对无人机的相关参数进行调整。倾斜摄影测量技术拍摄的照片包含了各个拍摄站点的POS数据和影像的角度信息。因为部分无人机已经应用了北斗系统的定位，因此在拍照的同时已经留下了照片的高度、经纬度、方向等信息。这些信息方便了计算机软件的后期处理。

举例来说，对于面积较大，数量较多的古建筑物。可以将无人机的飞行路线设计为Z字形，同时设置80%的重叠率，重叠率和三维模型的质量呈正相关，因此不宜设定较低的重叠率。

2.7 数据的整合和处理

在无人机完成拍摄以后，将会对无人机拍摄照片和视频的数据信息进行整合，首先要对POS数据进行有效整合，其次，要进行空间三角测量计算和三维重建计算。上述计算实现了对数据的分割区块。再次，要通过数据进行处理[6]，通过电脑对接收的数据进行三维建模处理。最后，生成古建筑三维模型，如图1所示。

图1 古建筑三维模型效果图

3 结束语

利用摄影测量技术实现对古建筑物的测绘，为古建筑物的保护和维修提供了数据支持，具有非常重要的意义。通过摄影测量技术，能够呈现古建筑物的三维模型和平面图形。文章介绍了常用的两种摄影测量技术，同时着重总结了古建筑物测绘的目标和方法，介绍了倾斜摄影测量法在古建筑测绘中的应用，比如要确定目标和工具、确定航拍范围、拍摄方法、数据处理等。期望文章的研究能为摄影倾斜测量技术的推广和普及做出一些贡献。