鐘明劍

摘 要：古建筑保護意義重大，而測繪是古建筑保護的前提條件，傳統(tǒng)方法很難保證古建筑信息的健全，也可能會造成二次破壞，因此引入無人機技術(shù)進行古建筑測繪很有必要。文章探討了無人機在古建筑保護中的運用，重點討論了無人機測繪的應(yīng)用方式，并簡要列舉了無人機在古建筑保護中的一些其他應(yīng)用場景。

關(guān)鍵詞：古建筑保護;無人機測繪;應(yīng)用場景

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.02.017

古建筑是非常重要的歷史文化遺產(chǎn)，也是國家文明的重要標志。我國的古建筑承載著悠久的歷史文化以及精湛的建筑技藝，并且具有鮮明的地域特征與濃郁的人文精神，具有非常高的歷史、科學(xué)和藝術(shù)價值?！吨袊奈锕袍E保護準則》將幾十年來特別是新中國成立以來，中國文物保護工作及其積累的豐富經(jīng)驗進行了總結(jié)，并且點明了我國文物古跡的保護理論。在古建筑保護領(lǐng)域，一些先進技術(shù)被應(yīng)用起來。特別是在古建筑測繪領(lǐng)域，應(yīng)用了很多先進的技術(shù)手段，無人機測繪因為其靈活方便、成本低廉等特點，在古建筑保護領(lǐng)域擁有非常廣闊的前景。

1 古建筑保護

古建筑具有非常高的價值，包括歷史價值、藝術(shù)價值和科學(xué)價值。歷史價值方面，古建筑反映一定歷史時間內(nèi)一些重要的事件或重要人物曾經(jīng)在其中的活動，并且真實反映這些事件或人物的歷史環(huán)境，體現(xiàn)某一歷史時間內(nèi)的物質(zhì)生產(chǎn)、思想觀念、風(fēng)俗習(xí)慣、生活方式等。藝術(shù)價值方面體現(xiàn)在建筑藝術(shù)、景觀藝術(shù)、造型藝術(shù)等，古建筑具有非常典型的時代特征，在類型、題材、形式和工藝方面有獨特性，是不可移動的藝術(shù)品?？茖W(xué)價值方面，可以通過古建筑的選址布局、生態(tài)保護、災(zāi)害防御、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面學(xué)習(xí)古代的建筑技藝。

2005年，國務(wù)院文件中引入了文化遺產(chǎn)的保護概念，它包括不可移動的文物保護單位、歷史文化名城（街區(qū)、鎮(zhèn)、村），也包括民俗、民間工藝等非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。對于文物古跡，在《文物保護法》中有明確規(guī)定，是指具有重要歷史、科學(xué)、藝術(shù)價值的古跡，包括文化遺址、墓葬、建筑、石刻、壁畫等不同形式。2008年，《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護條例》提出了歷史建筑的概念，這一概念很廣泛，包括文物保護單位，也包括未公布為文物保護單位也未登記不可移動文物的建筑物、構(gòu)筑物。很顯然，對古建筑保護的相關(guān)法律法規(guī)越來越完善，保護力度越來越強。對于古建筑進行保護的一般流程包括調(diào)查、研究評估、確定級別、建立檔案、制定保護規(guī)劃、日常維護管理、實施保護工程、控制周邊環(huán)境等，在《文物保護法》中這些工作基本都有明確規(guī)定，屬于法定要求。在古建筑保護中建立檔案是非常關(guān)鍵的一環(huán)。有了古建筑檔案，不管未來該古建筑是否還在，都能找到存在的痕跡。當然從感情和價值認同上來講，檔案是冰冷的，它只是直白地記錄著古建筑曾經(jīng)的真實。

保護古建筑具有重大現(xiàn)實意義，當然古建筑由于具有不可再生性，一旦失去了就再也找不回來，只能通過一些零碎的檔案資料去了解曾經(jīng)存在過的文化的象征。2019年巴黎圣母院被付之一炬，幾乎燒掉了半個巴黎的歷史。2021年有著400年歷史的中國最后的原始村落，翁丁村被燒毀，還不知道能不能重建起來，可能真的就丟失了中國這最后的原始村落，就像是2014年香格里拉獨克宗古城大火之后，獨克宗古城雖然被重建了，但似乎已經(jīng)不是原來的味道。最核心的原因就在于本來保持著固定脈絡(luò)的文化傳承被大火隔斷了。

2 古建筑測繪

盡管在感情上對于古建筑只有檔案可看存在一定的憂慮，但不可否認的是，建立古建筑檔案十分有利于保護和開發(fā)。在古建筑檔案建立中，測繪是核心內(nèi)容，測繪是建立檔案的基本前提，通過對古建筑的觀測、測量明確其具體數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，這是古建筑保護工作最基本的環(huán)節(jié)也是開展其他保護性工作的前提條件。如果沒有測繪提供數(shù)據(jù)支撐，那么研究評估、規(guī)劃設(shè)計、保護工程的實施都可能會出錯。也就是說古建筑測繪是古建筑保護的重中之重。實際上，由于目前建筑遺產(chǎn)保護工作人員缺乏對全部古建筑遺產(chǎn)實物基礎(chǔ)性信息的認知和掌握，如測繪數(shù)據(jù)和土質(zhì)、建立記錄檔案等，很多機構(gòu)在古建筑保護中存在一些不理想的情況。

測繪獲取的是古建筑的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料是建筑歷史研究、建筑藝術(shù)研究以及建筑史教學(xué)的重要基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)建筑教育中古建筑測繪一直是非常重要的教育內(nèi)容，阿爾伯蒂（文藝復(fù)興大師）就在推動測繪經(jīng)典建筑就是向古代大師學(xué)習(xí)的理念。巴黎美術(shù)學(xué)院專門設(shè)計了“羅馬大獎”用以資助那些表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生到羅馬考察、測繪古跡遺址。我國建筑教育也有古建筑測繪的傳統(tǒng)，并且將測繪結(jié)果用于建筑遺產(chǎn)研究評估、管理維護、保護規(guī)劃、保護工程實施等方面。當然古建筑測繪雖然屬于工程測量中的一個分支，但是僅僅只有測量技術(shù)是不夠的，需要在建筑學(xué)的核心素養(yǎng)方面有很高的建樹，因為古建筑測繪不僅是對古建筑的描摹，還要對其在科學(xué)、人文、技術(shù)、藝術(shù)等方面進行體驗、認知、理解和探究，并甄別、發(fā)現(xiàn)、評價建筑實體、空間以及歷史文化內(nèi)蘊，存在價值判斷和信息取舍問題。

3 無人機的運用探討

3.1 無人機為古建筑測繪提供便利

在以往的古建筑保護中，對古建筑的調(diào)查研究往往因為建筑周邊環(huán)境復(fù)雜，人工測繪很難展現(xiàn)其全貌，一些細部結(jié)構(gòu)需要搭架子去拍攝、測量。一方面，這樣對古建筑不友好，可能因為測量人員的行為而導(dǎo)致古建筑被破壞;另一方面，這樣對測量人員有威脅，古建筑由于長時間暴露在自然環(huán)境中，且基本都是木結(jié)構(gòu)，其主體結(jié)構(gòu)大多已經(jīng)出現(xiàn)毛病，也就是俗稱的“危房”，對測繪人員不友好。因此，古建筑測繪需要更為先進的技術(shù)手段來解決測繪中的問題。無人機就是針對人工無法完全測得古建筑全貌數(shù)據(jù)信息而出現(xiàn)的，它可基本不受限制地攜帶相機、三維激光掃描等測繪裝置完成古建筑測繪工作，精度可能不是特別高，但滿足要求，而且自動化程度高，可以采集到人工無法采集到的素材。事實上，無人機測繪技術(shù)在古建筑保護中的應(yīng)用已經(jīng)屢見不鮮，這得益于對于古建筑保護的力度不斷加強，在古建筑保護對測繪的重視度越來越度，從而推動了無人機在古建筑測繪中的運用。

3.2 無人機在古建筑測繪中應(yīng)用的一般方法

下面以古磚塔為例，簡單敘述無人機在古建筑測繪中的方法。古磚塔在古建筑門類中是一個比較特別的門類，因其本身特殊的形制結(jié)構(gòu)，一直存在古建筑測繪上的難點。以往在做測繪時需要搭建滿堂支架用以支持測繪，極大地消耗了人力、物力和財力，而且對古磚塔本身不夠友好。而通過無人機來進行測繪則不會有這些問題。具體操作方法參考如下：

第一步，需要在測繪對象四個角布置4個控制點，需要放標靶，標靶顏色需明顯，確保在采集信息過程中能夠清晰看到標靶中心。測量標靶坐標，最好使用免棱鏡電子全站儀進行測量，保證精度。RTK測量技術(shù)可能因為小范圍測量而出現(xiàn)較大誤差，精度不佳，不建議使用。如果RTK技術(shù)進一步提升，精度提升則應(yīng)當使用。

第二步，調(diào)查航測區(qū)域的天氣環(huán)境，周邊是否存在影響無人機安全飛行的障礙物，有無影響信息傳輸?shù)确矫娴母蓴_源。這些需要根據(jù)使用的具體設(shè)備來確定。如果是拍攝影像的相機，最好選擇在光線較好的陰天，避免陽光直射造成鏡頭曝光過度而畫面失真，這會顯著提升圖像處理的工作量和難度。選定作業(yè)點，為無人機航測規(guī)劃提供參考依據(jù)，然后制定航測方案，確定無人機起降點，基于無人機參數(shù)設(shè)定航線。需要注意的是，要在設(shè)定好航線后先行試飛，校準相關(guān)參數(shù)后正式開始航測。航測過程中注意無人機電量、飛行姿態(tài)，確?？梢园踩岛?。對于拍攝區(qū)域高低不一的問題，可采用階梯式航線，拍攝時每個區(qū)域高差變化盡可能小，單一航線影像重疊度至少75%，兩條航線重疊度至少65%。例如河南省宜陽縣三鄉(xiāng)村的五花寺古塔，該古磚塔為青磚結(jié)構(gòu)，八角密檐式，無人機與古塔塔身立面垂直距離5米，沿著每個角自下而上垂直飛行，當然這是一種行業(yè)規(guī)劃方法，主要用于影像拍攝，要求鏡頭與立面呈5度角。

第三步，拍攝完成后立即檢查影像，查看是否存在疏漏未拍攝到的地方。然后將影像上傳至計算機，通過相關(guān)軟件對影像進行處理，如Photoshop、AgisoftPhotoscan等。以Photoshop軟件為例，處理流程為影像篩選、色彩還原、空中三角測量計算、相控點添加、空中三角測量計算、紋理模型生成。影像導(dǎo)入軟件，利用軟件批量處理功能，統(tǒng)一影像飽和度、亮度等參數(shù)，剔除掉殘次影像。隨后將建筑外圍影像以及室內(nèi)影像導(dǎo)入專業(yè)的軟件，如Context Capture Center，由軟件計算將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三維空間形式，該軟件可以運算生成基于真實影像的超高密度點云圖，并以此構(gòu)建高分辨率的實景三維模型。

第四步，生成的實景三維模型，可在快速瀏覽系統(tǒng)甚至VR虛擬空間中進行展示，尤其是VR展示，它可以彌補游客不能親身進入古建筑內(nèi)部進行體驗的遺憾。

3.3 無人機在古建筑調(diào)查監(jiān)測中的應(yīng)用

古建筑測繪中還涉及建筑遺產(chǎn)調(diào)查，比如古村落調(diào)查。以前對古村落的調(diào)查一般都是細部調(diào)查，即對單一建筑進行圖像繪制和模型制作，而無法準確把控整個村落的布局以及周邊環(huán)境，在建立檔案時經(jīng)常會遇到一個建筑有詳細的記錄卻不清楚該建筑位于村落的哪個位置。為此使用無人機航測快速獲取整個古村落的三維重建模型和正射影像圖，使古建筑保護人員能夠?qū)φ麄€古村落的布局以及保存狀況有清晰的了解，這對于研究村落的山水環(huán)境、選址布局等方面有重要價值。航測方法同上，只是使用的裝置可能有所不同，需要用到攝像機、遙感以及三維激光掃描裝置。

進一步來講，通過無人機可以對古建筑進行跟蹤調(diào)查。古建筑檔案不是建立起來就結(jié)束了，還需要進行跟蹤調(diào)查，不斷更新檔案資料，以呈現(xiàn)古建筑的歷史變遷。在這一過程中，利用無人機、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)手段，形成實時跟蹤監(jiān)測體系。例如江西省的八角樓，通過設(shè)計無人機控制程序，由程序自動規(guī)劃無人機三維航線，獲取單體建筑三維信息，并最終將測得的數(shù)據(jù)錄入計算機構(gòu)建可測量的三維模型。

3.4 無人機在古建筑消防安全管理中的應(yīng)用

值得關(guān)注的是，隨著技術(shù)的進步，無人機不僅可以用來進行古建筑測繪，還可用來輔助古建筑消防安全管理。據(jù)統(tǒng)計，近十年來全國共接報古建筑火災(zāi)392起，直接財產(chǎn)損失達2808.9萬元。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)消防無人機，其主體架構(gòu)為四軸飛行器，還有集成控制器、通信模塊、可見光攝像頭、紅外熱像儀、擴音器、拋投設(shè)備等?，F(xiàn)存很多古建筑都在環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，尤其是古老的村落更是多在偏僻地區(qū)，消防設(shè)施不全，一旦起火后果不堪設(shè)想，比如中國最后一個原始村落—云南省臨滄市翁丁古寨，火災(zāi)起來后，當?shù)厝烁竞翢o滅火辦法，只能看著古建筑被燒毀。消防無人機建設(shè)周期非常短，可以快速形成消防戰(zhàn)斗力，前期投資也不高，但是收益很大。目前消防無人機可輔助滅火救援，可空投物資、攜帶關(guān)鍵器材入場，可遠程喊話，可攜帶滅火器材替代消防救援人員直接參與滅火，可支撐通信，可跟蹤監(jiān)測，可進行偵察，這些對古建筑消防安全管理具有顯著的支撐作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，按照當前法律法規(guī)要求，古建筑保護意義重大、責(zé)任重大。在古建筑保護工作中，建立檔案是重要核心工作，其中調(diào)查研究評估需要用到測繪技術(shù)的支撐，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)手段可能對古建筑造成二次人為破壞，同時也并不能完整地獲取古建筑的參數(shù)。無人機測繪的出現(xiàn)解決了很多難題，其智能化程度高，精致小巧而基本不受環(huán)境限制，可攜帶多種測繪裝置，獲取人工測繪無法獲取的建筑信息，避免人工干預(yù)對古建筑造成的二次破壞，在數(shù)字化技術(shù)的支持下，能夠建立實景三維模型，有助于VR旅游的發(fā)展，當然也對古建筑保護有重要支撐作用。

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