游富強 范迎春

You Fu-qiangFan Ying-chun*

（湖南第一師范學(xué)院美術(shù)與設(shè)計學(xué)院，湖南 長沙410205）

傾斜攝影測量技術(shù)是指在飛行平臺上搭載多平臺相機，同時從一個垂直角度以及其他若干個不同的傾斜角度采集影像的技術(shù)[1]。傾斜攝影建模的實質(zhì)是照片貼圖建模。相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物，更加真實地反映地物的實際情況，還能直接基于影像進(jìn)行各種量測，如高度、長度、面積及實際坐標(biāo)等[2]。

在建筑工程相關(guān)方面，無人機傾斜攝影測量技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于地理測繪、城市規(guī)劃建設(shè)和項目管理等方面[3-5]。大空間的傾斜攝影建模一般借助無人機拍攝的方式采取現(xiàn)場圖片。其方便、快捷、效率高的特點非常適合于古建保護(hù)領(lǐng)域。針對古宗祠建模，采用航拍傾斜攝影建模的方式能夠比較快速地還原建筑現(xiàn)狀和周邊環(huán)境。

1 傾斜攝影建模的基本原理

傾斜攝影建模的基本原理是通過在飛行平臺獲取同一物體在不同空間位置上的外觀信息，具體包括同時從1 個垂直、4 個傾斜5 個不同的角度采集影像，能夠生成符合人眼視覺的真實直觀的影像效果[6]。對現(xiàn)場的高度還原和快捷性特別針對需要對建筑現(xiàn)狀高度還原的古建保護(hù)領(lǐng)域。其應(yīng)用具有以下特性。

第一，傾斜攝影可以快速地反映研究對象的真實狀況，相比于平面攝像，可以從不同的角度去獲取研究對象的各種數(shù)據(jù)，顯示效果更加真實、立體、直觀。

第二，傾斜攝影可以對建筑物的空間垂直面的建筑外部紋理進(jìn)行直觀采集。立面紋理的處理通過對航拍影像中建筑物立面紋理的提取，可以獲取建筑物立面紋理的圖像，用以進(jìn)行三維場景的重建[7]。極大地促進(jìn)古宗祠建筑建模效率并降低其經(jīng)濟成本。

2 傾斜攝影建模提高精度原理

針對古宗祠傾斜攝影建模提升精度的方式：

（1）完成傾斜攝影建模并提高模型精度，航向重疊和旁向重疊最少要在80%以上。航向和旁向重疊率越高精度越高。航向一般是5 條航線。物體正上方一條高密度“S”型航線。以及圍繞航線的4 個方向進(jìn)行同樣的高密度“S”型航線飛行。航線密度越高，后期模型越精確。無人機一般采取自動拍攝照片，減少人工拍攝過程中的失誤，確保照片數(shù)量和質(zhì)量。

（2）測量時相機距被測物體的距離控制在合理距離，并且相機的像素與模型的質(zhì)量呈正比。如果想得到物體局部更加精細(xì)的三維模型，要采用更高像素的相機拍攝和多層次的方法采集影像。單航線精度不夠可以針對同一物體進(jìn)行高度不同的多航線飛行采集圖片。

（3）被攝物體或部位要占照片區(qū)域50%以上，連續(xù)每張照片之間的重疊率最少在1/3。單一物體出現(xiàn)在照片中的比例越多，角度越豐富，后期模型處理的精度越高。

（4）如果建筑物表面有凸出或者是鏤空等部位，有必要對建筑物局部進(jìn)行多角度重新采集[8]。特別針對于古宗祠裝飾構(gòu)件、斗拱等進(jìn)行多角度補拍，提高局部精度。

（5）如果所拍攝物體太高，需要多航線分層對物體進(jìn)行采集，相鄰兩條航線之間的重疊度也遵循在80%以上的規(guī)則?？舍槍ξ矬w進(jìn)行不同高度上的手動環(huán)繞拍攝，以確保航拍精度。

182個電池串聯(lián)成一組，可提供的電池平均電壓為582.4 V，可以滿足直流母線的供電需求。電池的單組容量為100 A·h，故需要并聯(lián)的電池組為7組。

3 傾斜攝影建模操作流程

如前文所述的技術(shù)路線，現(xiàn)將該技術(shù)應(yīng)用于郴州汝城朱氏宗祠建模項目。將采集到的影像數(shù)據(jù)利用Altizure 進(jìn)行高精度三維建模。具體流程如下：

（1）確認(rèn)航拍范圍（場地試飛）。利用Altizure 規(guī)劃無人機飛行航線。由于該項目處于鄉(xiāng)村地區(qū)，在衛(wèi)星地圖上未能顯示衛(wèi)星圖像，且項目周邊可供參照的建筑物較少，故通過試飛來確定該項目在地圖上所對應(yīng)的范圍。而且試飛能夠了解周邊障礙物高度，排除隱患。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行航線規(guī)劃，確定測量范圍、飛行高度等信息。針對朱氏宗祠周邊現(xiàn)實情況，現(xiàn)場設(shè)計航線見圖1。

（2）全場地范圍航測。通過場地試飛已確定了項目邊界在地圖上的大致位置，在Altizure 軟件中調(diào)整拍攝項目的范圍，軟件會根據(jù)測量范圍自動規(guī)劃好5 條航線。航線規(guī)劃完成后開始進(jìn)行拍攝。如前所述，在全場地航測中開展一次僅以一條垂直角度相機航線進(jìn)行折線型組合的路線飛行，從而在垂直方向獲取大面積影像。具體攝像攝影參數(shù)見圖2。

（3）局部細(xì)節(jié)。單體部分選取建筑細(xì)節(jié)進(jìn)行補充拍攝。采用DJI GO 4 軟件。建筑的立面外側(cè)采用DJI GO 4 軟件，對不同高度采用直線、環(huán)形等模式進(jìn)行手動拍攝。

（4）通過Altizure 平臺上傳照片建模。拍攝共采集500 張照片，點擊創(chuàng)建項目上傳圖片。圖片上傳后平臺會根據(jù)圖片有足夠重疊度；多角度拍攝；統(tǒng)一相機設(shè)定（如曝光，焦距）；物體是否處于靜止?fàn)顟B(tài)等條件來判斷圖片的質(zhì)量。自動識別不符合標(biāo)準(zhǔn)圖片，并自主進(jìn)行照片替換。照片應(yīng)該避免只有透明，反光，純色表面；模糊，失焦；有時間印或其他固定標(biāo)記等。還可以設(shè)立項目基本信息，檢查照片信息等。其具體窗口見圖3。

（5）系統(tǒng)自動處理。點擊自動建模之后，模型處理會在云平臺處理器上完成。模型處理完成之后系統(tǒng)會通過郵件的方式通知項目進(jìn)度。朱氏宗祠現(xiàn)場照片上傳平臺之后，平臺通過24h 的時間將現(xiàn)場的模型自動建模完成。處理完成的模型相機視角如圖4 所示。

圖1 航線設(shè)計圖

圖2 攝像攝影參數(shù)

圖3 照片信息

（7）項目分享。通過平臺的服務(wù)優(yōu)勢，可以實現(xiàn)移動端的模型瀏覽。主要分享方式有（https://www.altizure.cn/project -model?pid =5cc3fff389431d374de16d10&render =texture&campose=false）和二維碼分享方式（見圖6）。

圖4 模型相機視角

圖5 操作頁面

圖6 項目模型瀏覽二維碼

4 結(jié)論

文章按照無人機傾斜攝影技術(shù)的技術(shù)路線要求，通過Altizure 軟件平臺對朱氏宗祠建筑進(jìn)行測繪建模，驗證無人機傾斜攝影應(yīng)用于古建筑三維建模的可行性和可操作性，得出了以下經(jīng)驗。

（1）該技術(shù)在實際項目應(yīng)用前，須對項目地區(qū)地理信息及飛航管制區(qū)域進(jìn)行調(diào)查。針對項目周邊未開發(fā)，存在較難定位航測范圍的問題，通過多平臺地圖定位予以解決；需要試飛來確定測區(qū)的飛行范圍，并且特別需要考慮無人機的續(xù)航能力；還要提前進(jìn)行作業(yè)區(qū)域的試飛，判斷周邊環(huán)境。因此為實現(xiàn)高效采集作業(yè)，采集前合理規(guī)劃方案至關(guān)重要。

（2）拍攝之前要提前做好采集飛行計劃。為使模型精度提升而執(zhí)行多條航線拍攝，但同時影像數(shù)量及建模時間也隨之攀升。數(shù)據(jù)的完善和補充采集可通過提高無人機飛行高度，或降低航向/旁向重疊率以減少照片數(shù)量，總結(jié)航線設(shè)置、飛行高度、相機傾角、重疊率較優(yōu)取值，在保證模型精度的同時也提高數(shù)據(jù)采集與建模效率。

（3）通過Altizure 平臺能夠快速方便地分享瀏覽古建及其周邊環(huán)境，降低瀏覽成本，具有更好的傳播性。但缺點在于項目模型的下載及私密性設(shè)置需要開通會員服務(wù)。