宋桂花

(山東建材勘察測(cè)繪研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引 言

攝影測(cè)量是攝影技術(shù)的一種延伸，能根據(jù)立體視覺的相關(guān)原理，對(duì)建筑物進(jìn)行全方位的攝影，然后根據(jù)相關(guān)的模型測(cè)算出古建筑物的結(jié)構(gòu)特征和空間坐標(biāo)。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑物的信息采集，能為建筑物的后續(xù)維修、重建提供數(shù)據(jù)支持[1]。同時(shí)也降低了人工測(cè)量中存在的問題，提高了工作的效率。攝影測(cè)量技術(shù)完美解決了傳統(tǒng)模式測(cè)量中存在的一些問題，因此對(duì)攝影測(cè)量的研究就顯得尤為重要。

1 攝影測(cè)量技術(shù)介紹

從攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展角度來看，常見的攝影測(cè)量技術(shù)有豎向攝影測(cè)量技術(shù)和傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。下文分別對(duì)這兩種測(cè)量技術(shù)進(jìn)行介紹。

1.1 豎向攝影測(cè)量技術(shù)

豎向攝影測(cè)量顧名思義就是飛機(jī)在飛行的過程中對(duì)地面進(jìn)行垂直且連續(xù)的拍照，然后通過相關(guān)的實(shí)地處理軟件來提取的影像信息。但是這種信息只是俯拍的結(jié)果，只能提供垂直視角的信息，這是以往常用的一種攝影方法。豎向測(cè)量導(dǎo)致相片的傾斜角度在3°以下。

1.2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和豎向攝影測(cè)量技術(shù)不同，它扭轉(zhuǎn)了飛行器在測(cè)量中只能垂直向下拍照的限制，能從多個(gè)角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行拍攝[2]，然后運(yùn)用相關(guān)的處理軟件對(duì)照片進(jìn)行聯(lián)合平差以及關(guān)鍵點(diǎn)的快速匹配，從而得出目標(biāo)的完整模型，可以是正面影像，也可以是側(cè)面影像。但是最終能夠用計(jì)算機(jī)輸出三維的立體模型。

2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在古建筑測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1 古建筑測(cè)繪的目標(biāo)

一般而言，古建筑的測(cè)繪分為兩個(gè)階段，第一是外業(yè)階段，第二是內(nèi)業(yè)階段，前者主要是通過實(shí)際的調(diào)查，獲取古建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)和影像資料，后者是根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)，運(yùn)用相關(guān)的軟件建立古建筑的三維模型，繪制平面圖。

古建筑測(cè)繪外業(yè)階段的目標(biāo)：首先是通過測(cè)量獲得古建筑的平面數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)，其次是用無人機(jī)進(jìn)行航拍，獲得屋頂?shù)挠跋瘛?/p>

古建筑測(cè)繪內(nèi)業(yè)階段的目標(biāo)：首先是運(yùn)用軟件生成三維單體模型，能在模型上進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量，其次生成三維模型，能給古建筑的修復(fù)提供積極因素，也可以在軟件中實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的編輯。

2.2 古建筑測(cè)繪的方法

目前在古建筑測(cè)繪中，常見的方法有：

(1)人工測(cè)繪。人工測(cè)繪主要能實(shí)現(xiàn)對(duì)平面數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)的測(cè)量[3]，而且能繪制出平面圖和剖面圖.

(2)傾斜攝影測(cè)量。通過這種技術(shù)，能運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行航拍，從而獲得古建筑的三維數(shù)據(jù)，通過有關(guān)軟件的處理，輸出三維立體模型。

從上可知，古建筑的測(cè)繪一般是由人工測(cè)繪和傾斜攝影測(cè)量測(cè)繪共同完成的。同傳統(tǒng)的人工測(cè)繪方法不同，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)重新梳理了測(cè)繪的順序。第一，是要人工進(jìn)行數(shù)據(jù)的簡單測(cè)量，然后運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行航空拍照；第二，將所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過相關(guān)軟件的操作，形成三維立體模型的輸出；最后，繪制平面圖形等。

使用攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪是非常必要的。因?yàn)?，攝影機(jī)具有速度快、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。能夠快速獲得古建筑物的立體圖像。而傾斜測(cè)量技術(shù)又分為航拍儀航空攝影和近景攝影測(cè)量。前者一般應(yīng)用于大型目標(biāo)的測(cè)繪，其分辨率一般在10 cm以下，其測(cè)繪的對(duì)象通常為大型歷史建筑、水利工程、礦山工程等。

2.3 古建筑測(cè)繪的工具

此次測(cè)繪所用的無人機(jī)是大疆旗下的御2行業(yè)進(jìn)階版。這款無人機(jī)的攝影質(zhì)量好、速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)，其具體技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 大疆無人機(jī)參數(shù)

人工測(cè)繪主要運(yùn)用到的工具有卷尺、激光測(cè)繪儀和塔尺等。

2.4 航測(cè)范圍確定

無人機(jī)的航拍數(shù)據(jù)采集過程一般會(huì)分為三個(gè)階段，第一是要確定拍攝的范圍，第二是要調(diào)整無人機(jī)的拍攝參數(shù)，第三是操作無人機(jī)進(jìn)行拍攝[4]。

在后續(xù)輸出三維模型的過程中。拍攝的照片質(zhì)量直接影響了三維模型的質(zhì)量。雖然計(jì)算機(jī)軟件在處理的過程中也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但是這種影響不會(huì)太大，軟件會(huì)按照固定的程序和命令進(jìn)行計(jì)算。照片的質(zhì)量也受到了相機(jī)分辨率、相機(jī)傳感器尺寸等方面參數(shù)的影響，除此之外，航拍時(shí)的天氣也會(huì)影響到照片的質(zhì)量。

在確定航班范圍之前，要對(duì)周邊的環(huán)境做評(píng)估和了解，因?yàn)楹芏喙沤ㄖ嫉靥幤?，周圍的基礎(chǔ)設(shè)施比較落后，而且周邊的房屋布局也比較凌亂，所以無人機(jī)要尋找一個(gè)平整的起飛地點(diǎn)，且在天氣良好、適合航拍的時(shí)間。

如果古建筑物周邊的電線比較多，而且布局比較凌亂，那么最好能夠確保無人機(jī)的正上方有一個(gè)空曠的空間，這樣一方面能夠?yàn)闊o人機(jī)的快速起降提供條件，另一方面，如果無人機(jī)在空中遇到意外情況，可以迅速返回。

如果古建筑物周邊的樹木比較多，那么無人機(jī)航拍的時(shí)候，就應(yīng)該考慮到樹木的高度。一般來講，飛行的高度越高，那么所拍攝的照片質(zhì)量就越差，而且飛行的半徑能夠?qū)︼w行角度產(chǎn)生重要的影響，所以如果遇到周邊樹木較多的情況[5]，就要增加無人機(jī)的飛行高度和飛行半徑。這種情況就不可避免地會(huì)對(duì)照片的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。

如果古建筑周邊的土地不平整，那么這種情況就會(huì)對(duì)無人機(jī)的拍攝產(chǎn)生一定的影響，因?yàn)闊o人機(jī)的起飛和降落需要一塊平整的土地。如果無人機(jī)的起飛地點(diǎn)距離古建筑比較遠(yuǎn)，那么就會(huì)對(duì)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間造成一定的影響，無人機(jī)可能不會(huì)取得理想的拍攝時(shí)長。這種情況就要求拍攝人員平整土地，為無人機(jī)的起降創(chuàng)造良好條件。

如果拍攝的天氣有大霧時(shí)，那么在這種情況下，無人機(jī)拍攝的照片質(zhì)量會(huì)比較低。無人機(jī)較好的拍攝天氣是陰天沒有大霧的情況，因?yàn)樵谔鞖廨^陰的情況下光線比較均勻，非常有利于無人機(jī)相機(jī)的曝光。如果天空比較晴朗，那么這種天氣也比較適合無人機(jī)的作業(yè)。這個(gè)時(shí)候無人機(jī)拍攝的照片和視頻的質(zhì)量都比較高，但是也容易產(chǎn)生高曝光的問題，讓照片顯得偏白?？偠灾瑹o人機(jī)在拍攝建筑時(shí)要綜合考慮上述因素，創(chuàng)造積極條件。

2.5 無人機(jī)參數(shù)的設(shè)定

無人機(jī)的航行速度、航行高度、航拍時(shí)間、不一樣的數(shù)值設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)航拍所呈現(xiàn)的照片質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，因此在無人機(jī)航空拍攝之前，要設(shè)計(jì)無人機(jī)的飛行距離、電池的電量、考慮到地形和建筑物的分布。

無人機(jī)在設(shè)定參數(shù)時(shí)，還應(yīng)該對(duì)建筑物的大小和周邊的情況進(jìn)行了解，從而調(diào)整無人機(jī)的飛行速度、飛行高度以及拍攝時(shí)長，要將照片的重疊率控制在80%左右。無人機(jī)在飛行時(shí)應(yīng)該圍繞建筑物做環(huán)繞飛行，如果遇到數(shù)量較多，面積較大的古建筑群，那么就要設(shè)計(jì)好飛行的路徑，確保都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每一個(gè)單獨(dú)建筑主體的拍攝。

2.6 無人機(jī)航空拍攝

一定要提高拍攝的針對(duì)性，針對(duì)不同的建筑物采用個(gè)性化的拍攝方案。而且一旦拍攝的過程中出現(xiàn)變化，就要對(duì)無人機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)拍攝的照片包含了各個(gè)拍攝站點(diǎn)的POS數(shù)據(jù)和影像的角度信息。因?yàn)椴糠譄o人機(jī)已經(jīng)應(yīng)用了北斗系統(tǒng)的定位，因此在拍照的同時(shí)已經(jīng)留下了照片的高度、經(jīng)緯度、方向等信息。這些信息方便了計(jì)算機(jī)軟件的后期處理。

舉例來說，對(duì)于面積較大，數(shù)量較多的古建筑物?？梢詫o人機(jī)的飛行路線設(shè)計(jì)為Z字形，同時(shí)設(shè)置80%的重疊率，重疊率和三維模型的質(zhì)量呈正相關(guān)，因此不宜設(shè)定較低的重疊率。

2.7 數(shù)據(jù)的整合和處理

在無人機(jī)完成拍攝以后，將會(huì)對(duì)無人機(jī)拍攝照片和視頻的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，首先要對(duì)POS數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，其次，要進(jìn)行空間三角測(cè)量計(jì)算和三維重建計(jì)算。上述計(jì)算實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的分割區(qū)塊。再次，要通過數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[6]，通過電腦對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模處理。最后，生成古建筑三維模型，如圖1所示。

圖1 古建筑三維模型效果圖

3 結(jié)束語

利用攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑物的測(cè)繪，為古建筑物的保護(hù)和維修提供了數(shù)據(jù)支持，具有非常重要的意義。通過攝影測(cè)量技術(shù)，能夠呈現(xiàn)古建筑物的三維模型和平面圖形。文章介紹了常用的兩種攝影測(cè)量技術(shù)，同時(shí)著重總結(jié)了古建筑物測(cè)繪的目標(biāo)和方法，介紹了傾斜攝影測(cè)量法在古建筑測(cè)繪中的應(yīng)用，比如要確定目標(biāo)和工具、確定航拍范圍、拍攝方法、數(shù)據(jù)處理等。期望文章的研究能為攝影傾斜測(cè)量技術(shù)的推廣和普及做出一些貢獻(xiàn)。