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大疆无人机:高效、智能的新测绘模式,助力文化遗产保护

2023-03-03 23:29:32 1463

摘要:我国历史悠久,文化遗产众多,其中也不乏一些大型建筑文物。建筑既是历史,也是见证,各个时代的建筑风格迥异,各具特色,是传承历史文脉的重要载体。保护、修缮甚至是重建历史建筑,都需要其基本信息的建档。随着无人机的发展,古建筑保护方面开始借助无人机...

我国历史悠久,文化遗产众多,其中也不乏一些大型建筑文物。建筑既是历史,也是见证,各个时代的建筑风格迥异,各具特色,是传承历史文脉的重要载体。保护、修缮甚至是重建历史建筑,都需要其基本信息的建档。随着无人机的发展,古建筑保护方面开始借助无人机来更高效、智能的完成测绘建档工作。

古建筑保护刻不容缓

根据资料显示,2011年第三次全国文物普查核定登记中,全国不可移动文物一共76.6万处,古建筑以及代表性建筑约40多万处。在这其中,保存状态较差的占17.77%,保存状况差的占8.43%。也就是说有相当规模的古建筑或者代表性建筑都已经十分危险。

在第二次到第三次全国文物普查的22年期间,约有4.4万处不可移动文物登记已经消失,也就是说这些古建筑、代表性建筑已经损毁。不只是我国,还记得2001年阿富汗的巴米扬大佛吗,还记得2019年法国的巴黎圣母院大火吗,那些闻名世界的历史建筑也在经历意外和岁月的摧残。

2021年10月,一场暴雨过后,山西南部新绛县闫家庄村的古楼魁星阁坍塌了,经历了百年风雨的历史遗迹就此消失。这也是给世人的一次警示,虽然这座古楼未被登记在册,但是却受到各界关注,由此引发的深思更是让人寻味。因此,对于古建筑这样的文物就更有保护和建档的必要了,而这里最重要的工作就是最开始提到的测绘。根据住建部的要求,从2020年开始到2022年,全国需完成历史建筑100%测绘及系统录入工作,并且明确鼓励采用摄影测量、三维激光等新技术来完成。

无人机成为测绘的最佳工具

近年来,越来越多的机构通过大疆无人机来进行测绘工作,不仅提升了效率,而且获得了高精度的图像和数据。

不知道大家是否还记得今年4月份影视飓风的一则视频,他们前往河南洛阳老君山的道观群,利用大疆经纬M300 RTK和P1云台进行整座山的拍照扫描,由于有高精度RTK定位系统,因此可以实现厘米级的定位。通过软件对无人机指定精准的飞行航线设定,然后由无人机进行大范围的高精度拍照扫描。而在细小空间中,团队使用同样具备高精度定位系统的精灵4 RTK无人机进行拍照扫描。就这样,30天10000张照片,他们在电脑中合成了高度还原的古建筑建模,并且可以在电脑中翱翔浏览各个细节之处。

有了这次经验,随后团队又前往湖北道教名山武当山,以同样的手法,对武当山的古建筑进行扫描建档。由于气候经常瞬变,武当山的拍照扫描难度更大,经常会突然袭来一片大雾,人眼和图传遥控器内已经什么都看不到了,因此就要依赖大疆无人机的自动返航能力让无人机回到起飞点。可以看到,在使用无人机拍照扫描的时候,无人机自身的安全性能也至关重要。

2020年底,一支测绘团队受到乐山文物部门邀请,前往四川对乐山大佛进行高精度航测建模。团队携带大疆经纬M300 RTK无人机和P1云台,搭配大疆智图软件一起使用,采用“由粗到细”的影像采集策略。由于无人机的高效工作,仅半天时间就完成了数据收集,再经过32小时完成三维重建,并且首次实现了毫米级分辨率的建模,大佛头部隐而不见的横向排水沟都可以清晰分辨,为国家文物保护工作带来了新的思路。

2021年底,由大疆行业应用联合各界举办的“2021年文化遗产数字化无人机贴近摄影测量大赛”圆满结束,大赛覆盖28省市,提交了多达170余项作品,涉及超过20个行业。在大赛中,梵净山测绘团队利用大疆经纬M300 RTK+P1云台,搭配大疆精灵4 RTK的方式,对梵净山进行拍照测绘,共采集了21000张有效照片,并且利用大疆智图进行建模,将梵净山的精确数据进行保存建档。此后,武义三根半塔、蟠龙山长城、沈阳故宫大政殿等历史文物古迹的精确数据也纷纷被建档保存。得益于大赛,为人们展示了新技术在保护古建筑方面所贡献的力量,让社会看到数字化对文化遗产保护的重要性。

无人机测绘有何优势?

为什么这么多机构会选择无人机测绘?答案就是高效、高精度、智能。无人机测绘所使用的是贴近摄影测量(nap-of-the-object photogrammetry)技术,是张祖勋院士团队针对精细化测量需求提出的全新摄影测量技术,也是垂直摄影、倾斜摄影之外的第三种摄影方式,这种技术就需要依赖无人机这个新兴产品的特性才能得以实现。

传统的测绘仪器多数是基于点线面,也就是几何数据的测量和位置的测量。无人机的摄影测量技术获取的是影像数据,基于照片和摄影测量来完成三维建模。这样不仅可以得到古建筑的长度、高度、宽度等数据,可以获得古建筑的纹理、细节、色彩等等数据,让我们的测绘建档可以更加详细。

传统的测绘手段中,几乎都是依靠人力来完成。尤其是对于建筑这种高大物体的测绘,更是难度颇大,因此历时都会很久,效率非常低。另外就是很多古建筑所处地形非常复杂,人只能够站在地面或者建筑之上进行测量,还需要人工搭建测绘仪器,甚至需要人工丈量、临摹和描绘。有很多古迹、古建筑已经十分脆弱,或者处于修缮阶段,人员和测绘仪器直接接触古建筑,容易产生更多的破坏。无人机采用的是非接触式的测绘方式,在测量过程中,与古建筑没有任何接触,因此不会对古建筑造成二次伤害。

此外,无人机测绘效率更高,并且更加智能的完成工作。在山西洪洞县东北部霍山的广胜寺飞虹塔项目中,由于环境的束缚,人力完成测绘十分困难,但是通过大疆无人机,可以快速完成作业。在测绘过程中,大疆行业应用的合作伙伴规划了外业拍摄16层航线,累计拍摄照片1451张,最大程度的还原了塔身纹理和细节。

山西大同悬空寺的测绘中,采用了“由粗到细”的策略,先通过大疆无人机拍摄少了图像,再次基础上,通过大疆智图建立测量区的粗略模型。航线规划软件会通过这些粗略模型来生成精细拍摄所需的三维航迹,大疆无人机将会通过这些航迹来实现近距离拍摄。随后查缺补漏,可以通过无人机在更合适的角度上补拍。最后,通过软件在照片的基础上进行精细化的三维重建。这种新方式是传统人力测绘无法达到的全面性和精细程度。

大疆助力文化遗产保护

目前,大疆具备了一套完整的测绘解决方案,包括飞行平台、航测负载、定位服务、软件、培训以及售后。

在硬件方面,大疆除了M300 RTK、精灵4 RTK等大家熟悉的行业无人机之外,在9月底刚刚发布了Mavic 3行业系列的Mavic 3E。Mavic 3E搭载了2000万像素4/3画幅的大底传感器设计,搭配RTK模块可以实现厘米级精度的定位,因此可以更好的完成高精度、高质量照片的记录,更好的为文化遗产保护提供强大、智能的技术支持。

在软件方面,大疆智图可以提供自主航线规划、飞行航拍、二维正射影像与三维模型重建的支持。并且这款软件是完全自主研发的国产软件,可以深度匹配大疆无人机所采集的数据,进而完成整个方案和作业流。

有了硬件和软件的加持,可以更好的服务于文化遗产保护。传统的测绘工具价格高、操作难,门槛极高。大疆将无人机航测技术带入古建筑测绘领域,推动了测绘方式的价格、技术和应用的平民化,同时降低购买门槛以及操作门槛。正是如此,可以让文化遗产保护的方式得到转型、得到升级,提升效率的同时,获得精度更高、效果更好的成果,让文化遗产数字化的进程更简单、平坦。

“2021年文化遗产数字化无人机贴近摄影测量大赛”成功的让大疆和社交媒体平台、互联网公司进行深入接触,并且也是一次成功的宣传。更多的人借由大疆的解决方案和宣传,开始关注文化遗产保护,关注行业从业人员所付出的努力,甚至开始深入文化遗产保护之中,贡献自己的力量。而大疆的期许不仅如此,大疆希望无人机测绘技术不仅可以服务于中国的文化遗产的保护,同时也可以为世界文化遗产的数字化助力。这与大疆的理念保持一致,大疆希望自己可以为人类做点事情。

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