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如何用无人机航测“重建”古建筑?

在历史的长流里,文物与古建筑承载着人类文明的发展,但随着时代的变迁这些“宝藏”,也经历着风吹雨打与人为损坏,在久经磨难后它们如何被修缮重建?对于古建筑的保护又有什么更有效的方式呢?

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在历史的长流里,文物与古建筑承载着人类文明的发展,但随着时代的变迁这些“宝藏”,也经历着风吹雨打与人为损坏,在久经磨难后它们如何被修缮重建?对于古建筑的保护又有什么更有效的方式呢?

大疆与武汉大学团队合作,为山西大同悬空寺建立高精度实景三维模型,为文物古迹数字化提供技术支持,进而推动文物的研究、分析及保护。

悬空寺简介

悬空寺位于山西省大同市浑源县恒山金龙峡西侧翠屏峰峭壁间,以如临深渊的险峻而着称。其原名为“玄空阁”,“玄”取自于中国传统宗教道教教理,“空”则来源于佛教的教理,后因整座寺院就像悬挂在悬崖之上而改名为“悬空寺”。金庸先生称其:“于松不能生,猿不能攀之处,发偌大愿力,凭空建寺”。2010年,悬空寺入选《时代周刊》世界十大不稳定建筑。

如何用无人机航测“重建”古建筑?

影像采集的挑战

悬空寺主体利用峭壁的凹凸部分巧妙地依势而建,素有“悬空寺,半天高,三根马尾空中吊”的俚语。惊险的地理位置对寺庙的三维建模是一个巨大的挑战。

传统的近景摄影测量方式一般是人工手持或者安装脚架进行拍摄、测量,这样具有极大的作业风险,并且无法拍摄到高空的立面场景。如果采用固定翼航测方式,险峻的峭壁环境无法为固定翼飞机提供足够的起降空间;即便从远处起飞,固定翼飞机因无法悬停,同样难以采集到立面影像。

而对于可在空中自由悬停的多旋翼无人机而言,这些挑战迎刃而解。本次采集数据使用的是精灵Phantom 4 RTK,它的轴距仅有350毫米,重量1391克,可由单人携带并且可在狭窄的空间自由起飞。悬空寺所在的金龙峡是一个南北通透的峡谷,精灵Phantom 4 RTK克服了穿堂风的阻碍成功起飞。在没有地面控制点的情况下,精灵Phantom 4 RTK仍可通过RTK提供的精准定位信息和高精度成像系统实现高达3厘米的平面精度和5厘米的高程精度。

三维建模精准还原

为了更高效完成3D测绘的工作,本次作业采用由张祖勋院士团队提出的“由粗到细”的影像采集策略:

1.精灵Phantom 4 RTK拍摄少量影像

2.大疆Terra智图建立测量区域的粗略模型

3.在粗略模型上进行三维航线规划

4.精灵Phantom 4 RTK自动贴近飞行拍摄

5.将细拍的730张照片导入大疆Terra智图进行三维重建

如何用无人机航测“重建”古建筑?

整座寺庙呈“一院两楼”般佈局,总长约32米,楼阁殿宇40间,构件变化繁多,建模工作量巨大。大疆智图在6个小时内就完成了730张影像的高精度三维重建。整个建模过程全自动,无需人为再进行参数调整。

悬空寺佈局极为紧凑,六座殿阁相互交叉,栈道飞架,虚实相生,空间层次丰富。大疆智图重建的高精度三维模型精准还原了建筑内的错落变化,大到滑坡,小至建筑内的一根木头断裂,皆可清晰重现。

工作人员在三维模型上点击目标部位,可以轻松测量出对应的坐标、距离、面积和体积,将原本只能由人工定性描述的问题数据化。在模型上发现受破坏或腐蚀的部位,还可进行标註并导出,为针对性的修复提供依据。

张祖勋院士团队对该解决方案给予了高度肯定:

相对于传统航测,大疆精灵4 RTK无人机大大降低了数据采集成本,并提供了高精度的影像位置信息,简化了数据处理流程。另外,大疆智图软件的建模效果很惊艳,是一款优秀的三维实景建模软件。软硬件之间无缝衔接,形成了一套高效率、高精度的摄影测量解决方案。“

如何用无人机航测“重建”古建筑?

文物数字化已成趋势

文物古迹是人类不可再生、不可永生的宝贵资源,是人类文明发展的见证。文物古迹测绘不仅是一种保存文物数据的方法,也是展示人类文明的有效途径。国家文物局已专门发文要求全国各级文物行政部门和文物收藏单位要高度重视预防性保护和数字化保护利用有关标准、技术的研究、应用和推广,加强组织管理,加大人员、经费的支持保障力度。

大疆精灵Phantom 4 RTK和大疆智图组成的高精度、高效率、低成本、低门槛的航测解决方案,将大力推动文物古迹的数字化进程,为保护文化遗产贡献科技力量。



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