倾斜摄影技术应用于古建修缮

齐浩　何康　石宝龙　高骏　郑佳明

摘 要：在人工智能和大数据迅速发展的环境下，倾斜摄影测量技术作为快速、高效的数据获取手段，已被广泛应用于多种行业。倾斜摄影测量技术在保护和修缮工作中起到了至关重要的作用，它提供了丰富、精确的数据支持，实景模型的数字化展示提供了面向用户的可视化展示和模拟，提高了修缮工作的效率和质量，也为未来的保护和修缮提供了重要的参考和依据，达到专业领域交流共享、保存历史文化电子数据、展示数字化技术、实现历史文化传承、彰显文化特色等目的，这对于历史文化保存有着十分重要的意义。

关键词：倾斜摄影测量技术；古建筑修缮；数据获取

中图分类号：P231                                文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2023）07-0108-03

0 引言

古建筑承载着时代的变迁以及过去的文明，因此需要保护好古建筑，将文明继续传承下去。随着时间的流逝，古建筑难免会发生一定的损坏，因此对于古建筑的修缮是当前一项较为重要的工程。在对古建筑进行保护和修缮前，需要获取古建筑的建筑图纸等信息。而对于许多古建筑，存在没有建筑图纸或建筑图纸早已丢失的问题，对此在修缮前需要进行详细测绘，从而获取古建筑的详细信息。

目前，常用的测量方法主要有全站仪法、尺量法等，这些方法虽能够进行测量，但是对于面积较大、结构复杂的建筑物，测量效率低、获取信息量有限，不能够很好地满足设计的需要。针对这些问题，可以使用三维激光扫描仪进行数据采集。三维激光扫描仪可以在短时间内获取大量的点云数据，但是其对于屋顶等盲区，则无法进行测量。为了能够获取更加全面的数据，需要使用航空倾斜摄影与三维激光扫描技术相结合的方法来进行数据获取。综合两种方法的优势，将点云进行融合，可以快速获取更加全面的点云数据。根据对实际案例的应用，以三维激光扫描点云作为目标点云，融合倾斜摄影点云的顶部部分，可以很好地满足相关的设计需求[1]。

1 工程概况

七鲤古镇项目共有68栋古建筑，其中有4处市级文保建筑，建筑地点赣州市章贡区水东镇七里村。建筑结构为穿斗式，多数建筑四边采用青砖封火山墙，屋面为悬山顶及歇山顶，内部采用柱板，雕花木扇隔断，多为赣南客家建筑风格。赣派建筑，又称赣式建筑、江右建筑，是江右民系的传统建筑。古建修缮始终保持修旧如旧的原则，保证古镇古建整体风貌一致，古建修缮效果图如图1所示。

七鲤古镇内古建修缮实景如图2所示。古建筑的修缮效果需要与当地文化的契合度上有较高要求，既要符合当地建筑风格，也要满足游客的观赏要求，故在修缮的工艺上要求较高。

2 倾斜摄影技术应用古建修缮流程

2.1 倾斜摄影数据采集

该工程无人机倾斜摄影采用的是大疆无人机，型号为大疆M300RTK＋L1机载雷达，具体参数如表1～2所示，相机使用的是佳能200D二代。

通过古镇现状实际情况，进行路线设定，制定无人机飞行路线。保证古建群的全面覆盖详见图3。

现场利用大疆M300RTK型无人机+L1机载雷达进行外业点云数据采集，并同时进行倾斜摄影数据采集。在进行数据采集时，将地面分辨率设为1 cm，飞行高度设为60 m，重叠率设置为80％。对于七鲤古镇古建筑采用无人机多方位拍摄，同时结合数码相机人工补拍的方式补充缺失的纹理信息[2]。

线路规划的布控及精度要求较高，这是影响模型成果最为直接的影响。本项目的控制测量采用网络RTK实时测量技术，在线路规划的基础上，对每个点进行进行2次测回，取平均值作为最终的结果。

2.2 倾斜摄影数据处理

数据预处主要是对外业采集的影像、位置信息、参数信息进行检查。共分为倾斜影像预处理、POS信息预处理、像控点信息预处理3部分。

将采集的数据点导入软件进行分析。点云作为基础数据，记录了目标对象的坐标信息、反射率信息和纹理信息。结合数码相机拍摄的实景建筑物外观及细节，拍摄的照片会包含物体的色彩和纹理信息。通过纹理映射的方法，将照片上的色彩和纹理信息应用到点云数据上。经过纹理映射，点云数据就能够还原为真彩色的形式。以真彩色的点云数据直观地展示建筑物或文物的外观，提供更丰富的信息支持和数据参考。

2.3 实景模型创建及修复方案

通过软件实现模型的创建，用以指导施工现场施工。通过分析点云数据中的点分布和几何关系，可以自动提取建筑物的平面结构、立面特征和剖面形态，为古建修缮提供指导，保证修补工作的质量和恢复历史风貌的准确性。

古建筑修缮始终保持修旧如旧的原则，通过倾斜摄影技术提供修复方案，从屋面外部（含装饰）到木结构的修复提供了十分精确的修复方法，进一步将古建筑修缮的要求提升了一个品质。

通过模型的创建还原古建筑原有的形态，利用模型构件的3D图结合施工图纸及现场实测实量数据，确定修复方案。如对外墙破损的修复，查看模型形态，对古建筑的修复范围定位，完善古建筑的修复。

3 现场修复施工控制

通过建立古建模型，对每栋古建进行精确还原，进一步对古建修缮的具体修复方案进行精密的计算和精准的定位。通过三维模型对古建进行坐标定位，确定古建修复面积，修复周报环境、地势等情况。结合图纸进一步对古建修复的方案进行确认流程，对古建的各项数据提前梳理，确认最佳修复方案。

古建修缮通过模型对屋面瓦片拆除、望板拆除、大木构件拆除、更换大木构件、望板、防水铺贴、屋面瓦片安装等工艺对古建进行修缮。古建施工主要是以木结构为主，通过精密的计算对古建木结构进行修缮，提升修缮水平。

4 结束语

根据实际场地条件，通过无人机倾斜摄影测量技术，获取多方位、多角度地物影像，并利用Smart3D Capture等全自动三维建模系统进行自动三维建模，最后建立古镇群歷史建筑的三维模型成果。

通过现场原始古建筑进行摄影，拍摄古建筑原貌，对古建筑原貌采用无人机倾斜摄影技术进行三维建模复原指导施工现场古建筑修复。三维建模复原古建筑模型后，测量出实际建筑物尺寸，用以施工过程中结合图纸实际尺寸辅以修缮。采用无人机倾斜摄影技术辅助建模后的模型，能更加精准地体现出古建筑的纹理，提高古建筑原貌复原精度。通过成果进一步指导施工，保证了修旧如旧的原则，极大地提升了古建筑修复的技术水平。

参考文献

[1] 孟庆年，张洪德，门茂林，等.航空倾斜摄影和三维激光扫描技术在古建筑修缮中的应用[J].城市勘测，2021（5）：117-120.

[2] 王棋.倾斜摄影测量技术在古建筑保护中的应用[J].测绘与空间地理信息，2022，45（9）：26-28.