关键词：无人机；倾斜摄影；历史文化遗产
引言
2019年4月15日傍晚6点50分的一场大火，将法国巴黎圣母院整座建筑烧毁，巴黎圣母院标志性的尖顶被烧断，最终坍塌倒下。全世界都在为这个著名的历史文化遗产扼腕痛惜。值得庆幸的是，早在2015年，美国瓦萨学院（VassarCollege）建筑与艺术史副教授安德鲁·塔隆（AndrewTallon）先生就为巴黎圣母院建造了三维模型存档。正是有了巴黎圣母院的实景三维模型，非常精确地记录下了这一哥特式大教堂的全貌，才让巴黎圣母院的重修变为可能。创建实景三维模型有多种方式，最有效的方式就是倾斜摄影技术。本文就以此为契机，介绍无人机是怎样利用倾斜摄影技术将崇左左江花山岩画进行实景三维建模，将这一世界遗产建立数字档案，不仅留住文物的“魂”和“形”，更让它在虚拟世中获得“永生”。
一、前期准备
1.1测区概况
（1）地理位置
花山岩画测区主要位于崇左市宁明县花山岩画核心景区，部分位于龙州县边界，地形状况主要为河流及河流阶地，两侧为高度在一百至四百余米不等的山地。范围总体上覆盖了花山岩画核心景区，能够完整地表现景区重要景点及内容。
（2）气候分析
花山测区位于北回归线以南，纬度较低，且距北部湾较近，受海洋季风调剂，所以形成中年温度较高，雨量较多，夏半年多雨，冬半年少雨，雨季旱季分明的亚热带季风气候。四五月开始受夏季风影响，多吹偏南风，升温迅速，雨季随之到来。
1.2项目目标
（1）对测区的气候、地形等进行分析，及时完成航空摄影方案，进行详细技术设计。
（2）使用倾斜相机进行航拍，完成倾斜摄影影像获取。
（3）合理设置地面控制点，采用GNSS技术，进行外业控制测量。
（4）在三维实景建模软件中利用影像和外业控制成果完成空三加密。
（5）基于空三加密成果及密集点云数据完成倾斜场景搭建工作。
（6）对倾斜场景进行修饰。
1.3项目关键技术概况
本项目关键技术为基于倾斜摄影测量的实景三维建模。该技术以倾斜式航空摄影为数据源，通过集成倾斜影像与垂直影像数据到统一的作业系统，构建多视角三维建模环境，弥补单一数据源的视角、分辨率、遮挡等局限，集成化的建模环境大幅提升作业精度和效能。根据倾斜摄影组合数据源，克服影像在分辨率、摄影角度、影像辐射特性等方面的差异，应用POS辅助技术，实现自动化程度较高的高精度三维建模。
基于上述基础，利用倾斜辅助人工建模技术，可以实现直接对照原始影像勾勒交互式建模，突破传统三维建模作业方法，自动检索多角度影像进行建模。基于严格多视成像模型，考虑拍摄角度、遮挡、投影面积等因素，优选算法对几何模型进行自动纹理映射，并一步完成修补、融合及匀色处理。
二、模型的创建
2.1数学基础
（1）平面基准
采用2000国家大地坐标系(CGCS2000)，平面坐标投影方式为高斯-克吕格投影，按3°分带，保留带号，横轴偏移量为500千米。
（2）1985国家高程基准。
（3）坐标单位为“m”，保留3位小数。
2.2总体技术路线
采用内外业一体化航测法开展本项目，主要包括资料收集、无人机航空摄影、像控测量、三维实景建模、航测内业数字测图、外业调绘和补测、成图编辑、成果入库等环节，要求严格控制质量关键节点，各环节质检合格后才可移交下一环节。
2.3作业工艺流程及软硬件设备投入情况
项目作业工艺流程见下图1，主要软硬件设备投入情况见表1。
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图1项目作业工艺流程图
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2.4航摄情况
此次航摄主要以TOPCON猎鹰八无人机为主，配备SonyAlpha7R镜头一个，采用一正摄、四倾斜、五角度的方式分别对花山岩画进行拍摄，航向重叠率为80%，旁向重叠率为80%。相机焦距35mm，像素尺寸为7360*4912，像元大小4.88um，飞行相对距离为5米，正射影像分辨率略优于1mm。航摄面积共12000多平方米，拍摄照片约1099张。航摄范围总体上覆盖了花山岩画核心景区，能够完整地表现景区重要景点及内容。影像文件如图2所示。
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图2影像原图
2.5像片控制点采集情况
该测区采用RTK采集，共采集外业平高控制点10个，因地理环境复杂，测区两边均为山地，中间为水域，部分区域GPS信号弱，因此不能有效确保像控点平均分布，为了保证模型平面和高程精度达到设计要求，在部分区域多采集像控点，以此来控制和检测精度。
2.6空中三角测量情况
本次航飞将整个花山测区分为11个子网进行空三加密并保证各子网间至少重叠两条航线以上，经过对各子区域网进行连接点匹配、人工添加连接点、控制点转刺后进行平差，所得结果满足空三精度限差要求。所有子区域网平差达到要求后，将所有子区域网进行合并，得到全测区的整体空三成果。用输出畸变校正后的正射影像恢复立体后观测检查点，经实测，精度符合要求。
三、模型成果
模型Tile划分的坐标系为CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_36，为方便以后的接边，分块原点取整百，X，Y，Z分别设为36395400,2454200,0，坐标原点X，Y，Z分别为36400300,2460200,0，分块大小为10m*10m，共涉及120个Tile，生成模型面积约为12000m2。图3为三维模型成果。
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图3三维模型成果
四、结束语
无人机倾斜摄影技术是创建实景三维模型最有效的方式。本文描述了利用无人机倾斜摄影技术创建崇左左江花山岩画模型，模型能够全方位、多角度体现花山岩画的细节，为岩画保存了一份完整的数据。将实体文物变成数字文物，不仅在文物意外受损后能根据这些数据进行修复，而且还能在计算机中虚拟修复文物，避免直接不当修复造成的本体损害，甚至文物研究者还可以运用现有的三维文物模型进行辅助研究。随着社会进步和科技发展，科技助力文物保护是必然的趋势，实景三维模型将为后世留下永不磨灭的数字文化遗产档案。
参考文献：
[1]李俊霞刘心刚屈雷刚.非物质文化遗产资源分析及价值评价——以兰州为例[J].科学·经济·社会,2010,4:184-187.
[2]张富玲高利鹏.基于DP-Modeler的倾斜影像实景三维建模技术分析[J].测绘与空间地理信息,2018,3:196-198.
[3]赵雷杨贵梅袁翔东包银丽.城市实景三维模型数据质量检查验收方法[J].地矿测绘,2017,4:17-21.
[4]杨德芳韩建平杨晓英.倾斜摄影测量技术在藏区大比例尺基础地理信息数据生产中的应用[J].测绘与空间地理信息,2018,11:177-180.
论文作者:李林聪
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/8