高美琪 馬一鳴,2 許玉鳳

無(wú)人機(jī)攝影建模對(duì)導(dǎo)游功能的拓展應(yīng)用

高美琪1馬一鳴1,2許玉鳳1

（1.黔南民族師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，貴州 都勻 558000；2.沈陽(yáng)理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

實(shí)景三維建模是智慧化建設(shè)的重要手段。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的實(shí)景三維模型在旅游活動(dòng)中起到了重要作用。文章選取黔南某高校五星思政廣場(chǎng)作為實(shí)景建模對(duì)象，結(jié)合實(shí)地自然風(fēng)貌、人文景觀等特征，按照相關(guān)技術(shù)流程與方案制作了該廣場(chǎng)的實(shí)景三維模型。該實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)可作為思想政治教育、紅色旅游景區(qū)規(guī)劃、開(kāi)發(fā)AI（人工智能）管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與依據(jù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)；導(dǎo)游功能；實(shí)景三維模型

引言

1917年，世界上公認(rèn)的第一架無(wú)人機(jī)在美國(guó)紐約長(zhǎng)灘島試飛成功；1966年，中國(guó)最早的無(wú)人機(jī)試飛成功[1]。無(wú)人機(jī)具有特殊優(yōu)勢(shì)，如無(wú)需人工實(shí)地操作，可代替操作人員進(jìn)行探測(cè)；體積小不易被發(fā)現(xiàn)；可應(yīng)對(duì)人類無(wú)法適應(yīng)的、惡劣的自然環(huán)境。目前，無(wú)人機(jī)應(yīng)用也從軍事逐漸拓展到科研、民用等領(lǐng)域。

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)是近幾年國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域快速發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)，其將多臺(tái)傳感器搭載在同一飛行平臺(tái)上從垂直、前后等多個(gè)角度迅速、高效地獲取豐富的影像信息，突破了從垂直方向拍攝實(shí)地景物的局限，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量的不足，最大化地提升了信息采集效率，適合大范圍區(qū)域建模，因此被廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)、植被、水利、畜牧和旅游等領(lǐng)域。

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量已成為航空攝影測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。近年來(lái)，眾多研究通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜航空攝影進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)傾斜航空攝影和三維建模制作，探討利用無(wú)人機(jī)傾斜航空攝影快速獲取旅游風(fēng)景區(qū)空間三維建模數(shù)據(jù)，為旅游風(fēng)景區(qū)管理提供服務(wù)[2]。也有研究利用最新引進(jìn)的多旋翼無(wú)人機(jī)，多角度采集了研究區(qū)影像數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了正射影像應(yīng)用的不足，通過(guò)控制點(diǎn)等測(cè)繪技術(shù)模型進(jìn)行高度、長(zhǎng)度、面積、角度、坐標(biāo)等的測(cè)量，獲得實(shí)景三維成果并將其導(dǎo)入VR場(chǎng)景，讓游客從不同角度獲得旅游體驗(yàn)[3]。例如，通過(guò)三維實(shí)景建模技術(shù)制作的銀川閱海灣城市旅游區(qū)三維場(chǎng)景，為無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的推廣應(yīng)用起到了積極的示范指導(dǎo)作用[4]。

當(dāng)前，旅游逐漸成為人們的消費(fèi)熱點(diǎn)，隨著時(shí)代的發(fā)展和科技手段的進(jìn)步，旅游的內(nèi)容和形式開(kāi)始呈現(xiàn)多樣化、深層化和現(xiàn)代化的趨勢(shì)，體驗(yàn)型模式成為旅游發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。三維全景導(dǎo)游系統(tǒng)融入了人性化的設(shè)計(jì)理念，形象地顯示旅游景點(diǎn)的最優(yōu)路徑選擇，為用戶提供可視化的、真實(shí)直觀的路線信息。建立三維全景的場(chǎng)景體驗(yàn)可以提高游客對(duì)不同區(qū)域的歷史文化氛圍和自然美景的現(xiàn)場(chǎng)感受度，有助于游客有針對(duì)性地選擇目的地，有助于保護(hù)生態(tài)資源，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[5]。

以3S（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱）技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)為代表的地理信息技術(shù)正在不斷發(fā)展，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的完善促使,“數(shù)字城市”向“智慧城市”的轉(zhuǎn)變，以無(wú)人機(jī)為代表的測(cè)量技術(shù)提升了空間地理數(shù)據(jù)的可視化、完整化。利用無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量具有采集時(shí)間短、工作效率高的優(yōu)勢(shì)，且后期采用精細(xì)化三維模型具有真實(shí)表達(dá)地理實(shí)體位置、性狀和表面紋理等優(yōu)勢(shì)。因此，使用無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量采集數(shù)據(jù)，然后使用實(shí)景三維模型進(jìn)行后期處理已被廣泛應(yīng)用于智慧城市、智慧園區(qū)建設(shè)，以及地質(zhì)災(zāi)害、旅游和安全管理等領(lǐng)域[6]，成為攝影測(cè)量領(lǐng)域和遙感領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

1 研究方法

1.1 可行性分析

實(shí)景三維建模是智慧化建設(shè)的重要手段，已被廣泛用于智慧城市、智慧園區(qū)等建設(shè)中。實(shí)景三維模型能夠直觀、準(zhǔn)確、清晰地展示測(cè)區(qū)的地物信息，從而為城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等各行各業(yè)工作的開(kāi)展提供依據(jù)[7]。傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)將傳統(tǒng)測(cè)量從二維平面提升至三維立體層次，同時(shí)也將部分外業(yè)測(cè)繪工作轉(zhuǎn)化到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，極大程度地提高了效率[8]。

李斌等[9]通過(guò)實(shí)踐證明了無(wú)人機(jī)在水電站庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)工作中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。薛雷等[10]研究發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在三維模型構(gòu)建過(guò)程中具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建高精度實(shí)景三維數(shù)字模型的可行性和可靠性。趙建春[7]研究發(fā)現(xiàn)獲取精確數(shù)據(jù)是保證實(shí)景三維建模精度的關(guān)鍵，選擇傾斜攝影、適當(dāng)降低航高、科學(xué)布設(shè)控制點(diǎn)等措施能顯著提高影像精度，讓實(shí)景三維模型的可用性得到提升。薛建華等[11]通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行了校園實(shí)景三維建模?；趦A斜攝影測(cè)量技術(shù)的地理場(chǎng)景三維建模技術(shù)具有高效、精確等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為三維地理信息獲取采集的重要技術(shù)手段[12]。蔡金霖[13]利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影及相關(guān)軟件，對(duì)傳統(tǒng)正射影像遮蔽問(wèn)題進(jìn)行糾正，做了算法嘗試。

本文以黔南某高校五星思政廣場(chǎng)為實(shí)景建模對(duì)象，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)建模對(duì)五星思政廣場(chǎng)的導(dǎo)游功能，為豐富旅游方式等提供一定的參考。

1.2 無(wú)人機(jī)介紹和航測(cè)步驟

本次采用飛馬D2000航測(cè)無(wú)人機(jī)，D-op3000五鏡頭。D2000航測(cè)無(wú)人機(jī)電機(jī)軸距為598 mm，空機(jī)質(zhì)量為2.60 kg，標(biāo)準(zhǔn)起飛質(zhì)量為2.80 kg，最大起飛質(zhì)量為3.35 kg；配備了超高容量電池，最大懸停時(shí)間為68 min，最長(zhǎng)航時(shí)高達(dá)74 min，最長(zhǎng)航程為50 km。

D2000航測(cè)無(wú)人機(jī)由飛馬全新研發(fā)，是一款集多軸無(wú)人駕駛飛行器、GPS導(dǎo)航定位、傾斜攝影相機(jī)等于一體的輕小型、長(zhǎng)航時(shí)攝影測(cè)量工具，同時(shí)搭載了滿足高精度測(cè)繪、遙感及視頻應(yīng)用的多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，主要包括無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、傾斜攝影相機(jī)系統(tǒng)，以及地面站、遠(yuǎn)程無(wú)線通信裝置、地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等輔助設(shè)施，可搭載航測(cè)模塊、傾斜模塊、可見(jiàn)光視頻模塊、熱紅外視頻模塊、熱紅外遙感模塊等，具備多源數(shù)據(jù)獲取能力，能夠高效率地獲取高真實(shí)性的森林景區(qū)實(shí)景三維模型，為了解景區(qū)人文、自然風(fēng)景風(fēng)貌、景區(qū)旅游規(guī)劃、景區(qū)各種自然現(xiàn)象仿真、開(kāi)發(fā)AI智慧管理系統(tǒng)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

但該無(wú)人機(jī)也存在一些不足：一是續(xù)航能力不足以支持大范圍景區(qū)，只適用于小范圍數(shù)據(jù)采集和審查；二是飛行受航空管制；三是對(duì)攝影技術(shù)要求較高；四是無(wú)人機(jī)、鏡頭、載荷價(jià)格和應(yīng)用成本相對(duì)較高。

具體航測(cè)步驟如下：詳細(xì)了解并收集研究區(qū)域的相關(guān)資料，如試驗(yàn)區(qū)高分辨率遙感影像、地形區(qū)域圖等；明確任務(wù)需求，包括數(shù)據(jù)成果精度、參數(shù)等要求，并向當(dāng)?shù)乜沼蚬芾聿块T(mén)申請(qǐng)；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘探，掌握試驗(yàn)區(qū)地形起伏等基本狀況；結(jié)合地形圖，獲取測(cè)量區(qū)基本數(shù)據(jù)；最后根據(jù)測(cè)量區(qū)的面積、海拔、高差等基本數(shù)據(jù)，進(jìn)行控點(diǎn)布設(shè)和航線設(shè)計(jì)。在測(cè)區(qū)均勻分布數(shù)量足夠的控制點(diǎn)、檢查點(diǎn)和控制帶間距，在無(wú)明顯地物點(diǎn)區(qū)域需要放置棋盤(pán)格控制點(diǎn)靶標(biāo)。

通過(guò)實(shí)地勘察、設(shè)計(jì)航線和實(shí)施飛行獲取數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括篩選、去畸變等數(shù)據(jù)檢查工作，然后利用相關(guān)軟件進(jìn)行三維建模，最后根據(jù)實(shí)際情況對(duì)三維模型進(jìn)行修復(fù)。

2 五星思政廣場(chǎng)實(shí)景建模

2.1 廣場(chǎng)概況

黔南某高校五星思政廣場(chǎng)坐落于黔南布依族苗族自治州都勻市，2017年3月興建于校園蓮花山北麓怡心湖畔，總占地面積約為1.67萬(wàn)平方米，集黨史黨規(guī)、思政教學(xué)、時(shí)代英模、入黨宣誓、文化景觀五大功能為一體，是全國(guó)首個(gè)高校思政主題廣場(chǎng)，由“紅色印跡”“偉大轉(zhuǎn)折”“時(shí)代英?！薄暗貓D廣場(chǎng)”“黨徽黨旗和黨的重要思想理論”五個(gè)部分組成，具有深刻的教育意義。園中63棵銀杏、桂花樹(shù)分別由學(xué)?，F(xiàn)有的63個(gè)黨支部掛牌認(rèn)領(lǐng)。廣場(chǎng)大門(mén)由一個(gè)閃耀光輝的五角星構(gòu)成，廣場(chǎng)內(nèi)鮮花簇?fù)恚G樹(shù)成蔭。

黔南某高校五星思政廣場(chǎng)是黔南地區(qū)各級(jí)黨組織和全省教育系統(tǒng)師生的思政和黨建基地，是一個(gè)開(kāi)放共享的教育教學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)踐基地[14]，是每一屆新黨員進(jìn)行入黨宣誓的地方，也是一個(gè)良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)和思想政治教育場(chǎng)所。

2.2 三維實(shí)景建模

無(wú)人機(jī)傾斜攝影與3S技術(shù)結(jié)合，既發(fā)揮了無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、高效快速的優(yōu)勢(shì)，又兼具地理信息技術(shù)的應(yīng)用，利用無(wú)人機(jī)影像的三維實(shí)景建模，能夠更好地突出主題，更具感染力和視覺(jué)效果。與此同時(shí)，三維建模算法不斷優(yōu)化，模型精度達(dá)到了厘米級(jí)，滿足了虛擬仿真現(xiàn)實(shí)要求[14]。

基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，獲取五星思政廣場(chǎng)的原始傾斜景象，通過(guò)開(kāi)展內(nèi)業(yè)處理完成了三維實(shí)景模型的制作。該模型主要包括景點(diǎn)概況、紅色文化介紹和路線標(biāo)識(shí)，可以實(shí)際展示廣場(chǎng)自然景象、人文景觀等，達(dá)到身臨其境的效果（如圖1所示）。

圖1 黔南某高校五星思政廣場(chǎng)示意圖

3 三維建模功能拓展應(yīng)用

3.1 三維實(shí)景建模對(duì)旅游發(fā)展的促進(jìn)作用

通過(guò)三維實(shí)景模型可以統(tǒng)觀場(chǎng)景全貌，也可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)角度、放大比例查看需要仔細(xì)檢查的部分，猶如身臨其境。使用者運(yùn)用三維實(shí)景建模系統(tǒng)可以體驗(yàn)真實(shí)場(chǎng)景，既可以看到整體布局，也可以查看具體的游樂(lè)設(shè)施、具體項(xiàng)目，既了解了旅游信息，也增加了信息的實(shí)效性。該系統(tǒng)的使用方便了游客查詢，有助于游客提前做好路線選擇，促進(jìn)了旅游景區(qū)的宣傳。因此，三維實(shí)景建模的運(yùn)用對(duì)旅游業(yè)的發(fā)展和旅游經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)都有重要的作用。

3.2 三維實(shí)景建模的拓展作用

三維實(shí)景模型具有大范圍、高精度、低成本、快速等優(yōu)點(diǎn)，隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影三維實(shí)景建模技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在智慧城市、國(guó)土資源管理、災(zāi)害防治、旅游景點(diǎn)模擬等方面得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用功能得到拓展。

以旅游景區(qū)的真實(shí)環(huán)境為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)，模擬構(gòu)造旅游景區(qū)，將三維實(shí)景建模系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)解說(shuō)等旅游活動(dòng)中，具有優(yōu)于傳統(tǒng)導(dǎo)游活動(dòng)的效果。因此，越來(lái)越多的人沉浸在這種導(dǎo)游模式中。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還可以增加互動(dòng)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)專業(yè)人士與游客進(jìn)行互動(dòng)，促進(jìn)這種模式的應(yīng)用拓展。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要與相關(guān)旅游部門(mén)進(jìn)行溝通合作，不斷完善知識(shí)講解、技能訓(xùn)練等，有效提高實(shí)踐技能水平。

三維實(shí)景建模應(yīng)用于導(dǎo)游實(shí)踐教學(xué)中，使學(xué)生能夠結(jié)合景點(diǎn)的布局、特色等了解相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生充分理解和掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)解說(shuō)能力。在一定程度上還可以解決因教學(xué)方法僵化導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳的問(wèn)題。這種模式也促進(jìn)了教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新，線上線下教學(xué)方式的互相補(bǔ)充，能夠使課堂教學(xué)與課外教學(xué)有機(jī)結(jié)合。實(shí)景三維建模系統(tǒng)以其豐富的導(dǎo)游實(shí)訓(xùn)資源受到專業(yè)實(shí)踐教師的重視，教師依托三維模型資源有效擴(kuò)充教學(xué)資源，切實(shí)解決教學(xué)資源不足導(dǎo)致的教學(xué)問(wèn)題。還可以構(gòu)建多人合作學(xué)習(xí)平臺(tái)，借鑒游戲教學(xué)法的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生分角色扮演游客和導(dǎo)游，在模擬解說(shuō)訓(xùn)練過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際解說(shuō)能力。同時(shí)還可以根據(jù)教學(xué)需求進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)效果的最大化[15-16]。

4 結(jié)束語(yǔ)

專業(yè)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用應(yīng)在實(shí)驗(yàn)相對(duì)成熟的領(lǐng)域范圍進(jìn)行推廣，例如在森林植被、土地地貌等使用效果明顯的領(lǐng)域率先進(jìn)行推廣和應(yīng)用?？芍贫o(wú)人機(jī)調(diào)查、應(yīng)用等的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，組建無(wú)人機(jī)航測(cè)專業(yè)隊(duì)伍。在高校相應(yīng)專業(yè)研究無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)，尤其是無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)、無(wú)人機(jī)航測(cè)傾斜攝影建模技術(shù)、建立不同區(qū)域類型分析技術(shù)應(yīng)用，以此拓展科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域和深度。

基于無(wú)人機(jī)攝影建模技術(shù)，本文制作黔南某高校五星思政廣場(chǎng)三維實(shí)景模型，將廣場(chǎng)搬進(jìn)課堂，以三維立體的形式將實(shí)地景觀、建筑直觀展示給觀看者。結(jié)合課堂教學(xué)主渠道，依托無(wú)人機(jī)攝影建模技術(shù)進(jìn)行教學(xué)方式的拓展，既滿足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展需求和期待，又加強(qiáng)學(xué)生的思想政治教育，形成協(xié)同效應(yīng)，促進(jìn)高校思想政治工作與時(shí)俱進(jìn)，進(jìn)一步推動(dòng)思想政治教育發(fā)展。

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Extended Application of UAV Photography Modeling to the Function of Tour Guide

Realistic 3D modeling is an important means of intelligent construction. In recent years, the real-time 3D model of unmanned aerial vehicle photogrammetry technology has played an important role in tourism activities. The article selects the Five Star Ideological and Political Square of a certain university in southern Guizhou as the object of real scene modeling, and combines the natural landscape, cultural landscape and other characteristics of the site to create a real scene 3D model of the square according to relevant technical processes and plans. The real-time 3D model data can serve as the basic data and basis for ideological and political education, planning of red tourism scenic spots, and development of AI (artificial intelligence) management systems, with broad application prospects.

unmanned aerial vehicle photogrammetry technology; tour guide function; realistic 3D model

P23

A

1008-1151(2023)11-0017-03

2023-02-21

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S202210670049）；貴州省教育廳創(chuàng)新群體重大研究項(xiàng)目（黔教合KY字﹝2016﹞055）；貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合基礎(chǔ)﹝2018﹞1145）。

高美琪（2001－），女，遼寧錦州人，黔南民族師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院學(xué)生，研究方向?yàn)檫b感與GIS技術(shù)在地理學(xué)中的應(yīng)用。

許玉鳳（1969－），女，山東聊城人，黔南民族師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院教授，研究方向?yàn)?S技術(shù)在地理學(xué)中的應(yīng)用與研究。