傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于古建修繕

齊浩　何康　石寶龍　高駿　鄭佳明

摘 要：在人工智能和大數(shù)據(jù)迅速發(fā)展的環(huán)境下，傾斜攝影測量技術(shù)作為快速、高效的數(shù)據(jù)獲取手段，已被廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)。傾斜攝影測量技術(shù)在保護(hù)和修繕工作中起到了至關(guān)重要的作用，它提供了豐富、精確的數(shù)據(jù)支持，實(shí)景模型的數(shù)字化展示提供了面向用戶的可視化展示和模擬，提高了修繕工作的效率和質(zhì)量，也為未來的保護(hù)和修繕提供了重要的參考和依據(jù)，達(dá)到專業(yè)領(lǐng)域交流共享、保存歷史文化電子數(shù)據(jù)、展示數(shù)字化技術(shù)、實(shí)現(xiàn)歷史文化傳承、彰顯文化特色等目的，這對于歷史文化保存有著十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量技術(shù)；古建筑修繕；數(shù)據(jù)獲取

中圖分類號：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）07-0108-03

0 引言

古建筑承載著時代的變遷以及過去的文明，因此需要保護(hù)好古建筑，將文明繼續(xù)傳承下去。隨著時間的流逝，古建筑難免會發(fā)生一定的損壞，因此對于古建筑的修繕是當(dāng)前一項(xiàng)較為重要的工程。在對古建筑進(jìn)行保護(hù)和修繕前，需要獲取古建筑的建筑圖紙等信息。而對于許多古建筑，存在沒有建筑圖紙或建筑圖紙?jiān)缫褋G失的問題，對此在修繕前需要進(jìn)行詳細(xì)測繪，從而獲取古建筑的詳細(xì)信息。

目前，常用的測量方法主要有全站儀法、尺量法等，這些方法雖能夠進(jìn)行測量，但是對于面積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物，測量效率低、獲取信息量有限，不能夠很好地滿足設(shè)計(jì)的需要。針對這些問題，可以使用三維激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。三維激光掃描儀可以在短時間內(nèi)獲取大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，但是其對于屋頂?shù)让^(qū)，則無法進(jìn)行測量。為了能夠獲取更加全面的數(shù)據(jù)，需要使用航空傾斜攝影與三維激光掃描技術(shù)相結(jié)合的方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。綜合兩種方法的優(yōu)勢，將點(diǎn)云進(jìn)行融合，可以快速獲取更加全面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)對實(shí)際案例的應(yīng)用，以三維激光掃描點(diǎn)云作為目標(biāo)點(diǎn)云，融合傾斜攝影點(diǎn)云的頂部部分，可以很好地滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)需求[1]。

1 工程概況

七鯉古鎮(zhèn)項(xiàng)目共有68棟古建筑，其中有4處市級文保建筑，建筑地點(diǎn)贛州市章貢區(qū)水東鎮(zhèn)七里村。建筑結(jié)構(gòu)為穿斗式，多數(shù)建筑四邊采用青磚封火山墻，屋面為懸山頂及歇山頂，內(nèi)部采用柱板，雕花木扇隔斷，多為贛南客家建筑風(fēng)格。贛派建筑，又稱贛式建筑、江右建筑，是江右民系的傳統(tǒng)建筑。古建修繕始終保持修舊如舊的原則，保證古鎮(zhèn)古建整體風(fēng)貌一致，古建修繕效果圖如圖1所示。

七鯉古鎮(zhèn)內(nèi)古建修繕實(shí)景如圖2所示。古建筑的修繕效果需要與當(dāng)?shù)匚幕钠鹾隙壬嫌休^高要求，既要符合當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)格，也要滿足游客的觀賞要求，故在修繕的工藝上要求較高。

2 傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用古建修繕流程

2.1 傾斜攝影數(shù)據(jù)采集

該工程無人機(jī)傾斜攝影采用的是大疆無人機(jī)，型號為大疆M300RTK＋L1機(jī)載雷達(dá)，具體參數(shù)如表1～2所示，相機(jī)使用的是佳能200D二代。

通過古鎮(zhèn)現(xiàn)狀實(shí)際情況，進(jìn)行路線設(shè)定，制定無人機(jī)飛行路線。保證古建群的全面覆蓋詳見圖3。

現(xiàn)場利用大疆M300RTK型無人機(jī)+L1機(jī)載雷達(dá)進(jìn)行外業(yè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，并同時進(jìn)行傾斜攝影數(shù)據(jù)采集。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，將地面分辨率設(shè)為1 cm，飛行高度設(shè)為60 m，重疊率設(shè)置為80％。對于七鯉古鎮(zhèn)古建筑采用無人機(jī)多方位拍攝，同時結(jié)合數(shù)碼相機(jī)人工補(bǔ)拍的方式補(bǔ)充缺失的紋理信息[2]。

線路規(guī)劃的布控及精度要求較高，這是影響模型成果最為直接的影響。本項(xiàng)目的控制測量采用網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時測量技術(shù)，在線路規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對每個點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)行2次測回，取平均值作為最終的結(jié)果。

2.2 傾斜攝影數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處主要是對外業(yè)采集的影像、位置信息、參數(shù)信息進(jìn)行檢查。共分為傾斜影像預(yù)處理、POS信息預(yù)處理、像控點(diǎn)信息預(yù)處理3部分。

將采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)導(dǎo)入軟件進(jìn)行分析。點(diǎn)云作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，記錄了目標(biāo)對象的坐標(biāo)信息、反射率信息和紋理信息。結(jié)合數(shù)碼相機(jī)拍攝的實(shí)景建筑物外觀及細(xì)節(jié)，拍攝的照片會包含物體的色彩和紋理信息。通過紋理映射的方法，將照片上的色彩和紋理信息應(yīng)用到點(diǎn)云數(shù)據(jù)上。經(jīng)過紋理映射，點(diǎn)云數(shù)據(jù)就能夠還原為真彩色的形式。以真彩色的點(diǎn)云數(shù)據(jù)直觀地展示建筑物或文物的外觀，提供更豐富的信息支持和數(shù)據(jù)參考。

2.3 實(shí)景模型創(chuàng)建及修復(fù)方案

通過軟件實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建，用以指導(dǎo)施工現(xiàn)場施工。通過分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的點(diǎn)分布和幾何關(guān)系，可以自動提取建筑物的平面結(jié)構(gòu)、立面特征和剖面形態(tài)，為古建修繕提供指導(dǎo)，保證修補(bǔ)工作的質(zhì)量和恢復(fù)歷史風(fēng)貌的準(zhǔn)確性。

古建筑修繕始終保持修舊如舊的原則，通過傾斜攝影技術(shù)提供修復(fù)方案，從屋面外部（含裝飾）到木結(jié)構(gòu)的修復(fù)提供了十分精確的修復(fù)方法，進(jìn)一步將古建筑修繕的要求提升了一個品質(zhì)。

通過模型的創(chuàng)建還原古建筑原有的形態(tài)，利用模型構(gòu)件的3D圖結(jié)合施工圖紙及現(xiàn)場實(shí)測實(shí)量數(shù)據(jù)，確定修復(fù)方案。如對外墻破損的修復(fù)，查看模型形態(tài)，對古建筑的修復(fù)范圍定位，完善古建筑的修復(fù)。

3 現(xiàn)場修復(fù)施工控制

通過建立古建模型，對每棟古建進(jìn)行精確還原，進(jìn)一步對古建修繕的具體修復(fù)方案進(jìn)行精密的計(jì)算和精準(zhǔn)的定位。通過三維模型對古建進(jìn)行坐標(biāo)定位，確定古建修復(fù)面積，修復(fù)周報環(huán)境、地勢等情況。結(jié)合圖紙進(jìn)一步對古建修復(fù)的方案進(jìn)行確認(rèn)流程，對古建的各項(xiàng)數(shù)據(jù)提前梳理，確認(rèn)最佳修復(fù)方案。

古建修繕通過模型對屋面瓦片拆除、望板拆除、大木構(gòu)件拆除、更換大木構(gòu)件、望板、防水鋪貼、屋面瓦片安裝等工藝對古建進(jìn)行修繕。古建施工主要是以木結(jié)構(gòu)為主，通過精密的計(jì)算對古建木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修繕，提升修繕?biāo)健?/p>

4 結(jié)束語

根據(jù)實(shí)際場地條件，通過無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，獲取多方位、多角度地物影像，并利用Smart3D Capture等全自動三維建模系統(tǒng)進(jìn)行自動三維建模，最后建立古鎮(zhèn)群歷史建筑的三維模型成果。

通過現(xiàn)場原始古建筑進(jìn)行攝影，拍攝古建筑原貌，對古建筑原貌采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行三維建模復(fù)原指導(dǎo)施工現(xiàn)場古建筑修復(fù)。三維建模復(fù)原古建筑模型后，測量出實(shí)際建筑物尺寸，用以施工過程中結(jié)合圖紙實(shí)際尺寸輔以修繕。采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)輔助建模后的模型，能更加精準(zhǔn)地體現(xiàn)出古建筑的紋理，提高古建筑原貌復(fù)原精度。通過成果進(jìn)一步指導(dǎo)施工，保證了修舊如舊的原則，極大地提升了古建筑修復(fù)的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟慶年，張洪德，門茂林，等.航空傾斜攝影和三維激光掃描技術(shù)在古建筑修繕中的應(yīng)用[J].城市勘測，2021（5）：117-120.

[2] 王棋.傾斜攝影測量技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2022，45（9）：26-28.